通過對雙足機(jī)器人行走過程中一些特殊點(diǎn)進(jìn)行采樣分析，對比人類自身行走步態(tài)的觀察測量值，采用三次多項(xiàng)式插值來計(jì)算出雙足行走機(jī)器人在行走過程中的行走軌跡，按人體比例設(shè)定參數(shù)，計(jì)算得出了1條比較光滑平穩(wěn)的行走軌跡，使得機(jī)器人的行走姿態(tài)更像人類的行走．通過模擬測試，結(jié)果表明了用三次多項(xiàng)式插值方法是1種規(guī)劃雙足機(jī)器人行走步態(tài)的較好方法，而且得出的軌跡插值函數(shù)比較平滑．

　　雙足行走機(jī)器人與傳統(tǒng)的輪子機(jī)器人相比有更好的可移動性．世界著名機(jī)器人學(xué)專家、日本早稻田大學(xué)的加藤一郎教授［1］說過：“機(jī)器人應(yīng)當(dāng)具有的最大特征之一是步行功能．”目前機(jī)器人的主要移動方式有輪式，履帶式，步行，爬行，蠕動型等．其中雙足行走是步行方式中自動化程度最高，最為復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)．雙足步行系統(tǒng)具有非常豐富的動力學(xué)特性，對步行的環(huán)境要求很低，具有更強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力．雙足步行機(jī)器人是一門集仿真學(xué)、機(jī)械學(xué)及控制工程學(xué)等多學(xué)科融合交匯的綜合性的學(xué)科．不僅涉及到非線性、基于多傳感器信息的控制等技術(shù)，而且還囊括了復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)的建模、數(shù)字仿真技術(shù)及混合系統(tǒng)的控制等方面的技術(shù)，是機(jī)器人研究領(lǐng)域中重要的分支．雙足步行機(jī)器人的研究為各種控制方法，優(yōu)化算法，運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)仿真，以及路徑規(guī)劃等提供了實(shí)驗(yàn)平臺，具有很高的理論和應(yīng)用價(jià)值．

　　自從1996年Honda宣布仿人機(jī)器人【2］p2的發(fā)展以后，類人型機(jī)器人的發(fā)展就更加迅速了，在這段期間，有很多對雙足行走機(jī)器人的行走模式的分析［3--5】．Mc freer給出了1種被動的行走算法，把機(jī)器人放置在微斜的平面上，在沒有外力的驅(qū)動下，依靠重力和行走過程中的慣性來迫使機(jī)器人行走．Shuuji Kajita 則設(shè)計(jì)了1種理想化的2一D雙足行走機(jī)器人模型，在機(jī)器人的體內(nèi)放置了4個(gè)IX；（Direct Current）馬達(dá)來平衡重心，因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡單，機(jī)器人的COG（Center of Gravity）可以比較平衡地水平移動，以達(dá)到機(jī)器人行走的目的．清華大學(xué)的楊東超、汪勁松等開展的擬人機(jī)器人技術(shù)及其系統(tǒng)研究工作中，基于ZMP（Zero Moment Point）提出了逆兩步法規(guī)劃機(jī)器人的步態(tài)，但軌跡離期望軌跡還有不小的誤差，其主要原因是采用了近似值表示膝關(guān)節(jié)坐標(biāo)．所以基于機(jī)器人行走過程中步態(tài)的連慣和軌跡的光滑考慮，本文采用三次多項(xiàng)式插值方法來規(guī)劃機(jī)器人的步態(tài)軌跡，利用三次多項(xiàng)式插值【6J的優(yōu)點(diǎn)使機(jī)器人的行走有比較平穩(wěn)、光滑的過渡，并且利用三次函數(shù)在期間上的連續(xù)性，保證了機(jī)器人行走過程中速度和加速度的連續(xù)．

　　在分析雙足機(jī)器人行走步態(tài)的過程中，我們首先對人體的行走過程進(jìn)行了觀察測量，以我們自身為實(shí)驗(yàn)對象，同時(shí)借助人體模型數(shù)據(jù)分析．如圖1所示，A描述了人在行走時(shí)雙足著地的時(shí)刻，當(dāng)人雙足合并直立的時(shí)刻是A的一個(gè)特殊點(diǎn)；在B中描述了以前腳為支撐腳，另一只腳緩慢向前移動的過程，直至支撐腳垂直于地面；在C中描述了B的移動過程和后腳移動到了支撐腳的前面，直到腳后跟著地的過程．一般地，一個(gè)正常人行走的全過程就是A，B，C反復(fù)循環(huán)的過程，可以把這個(gè)過程表示為A—B—C—A—B一 ……一C—A—B一……

　　因此，從上面的觀察分析得出，人體行走的過程是以周期方式不斷向前推進(jìn)，在每個(gè)行走周期可分為單腳支撐階段和雙腳支撐階段．單腳支撐階段是一只腳著地，從后腳腳尖離開地面到后腳移動到支撐腳前面，且腳后跟著地的整個(gè)過程；雙腳支撐階段是兩只腳都著地，移動腳腳后跟著地到前腳腳尖離開地面的整個(gè)過程和行走的初始狀態(tài)．如圖2所示．圖2 中，1—2為單腳支撐階段，2—3為雙腳支撐階段．人行走的整個(gè)過程就是交替地改變支撐腳，反復(fù)執(zhí)行每個(gè)周期的過程．在文獻(xiàn)［7，8］中，假定了雙腳支撐階段是1個(gè)瞬間的過程，但在我們實(shí)際的研究過程中發(fā)現(xiàn)，如果雙腳支撐階段的時(shí)間太短，很難保證機(jī)器人的CoG的穩(wěn)定，而另一方面，如果雙足支撐階段的時(shí)間太長，會影響了機(jī)器人的行走速度．本文中假定在 1個(gè)行走周期Tc內(nèi)，雙足支撐階段的行走時(shí)間為Td及每一步步長為D。，以此來規(guī)劃雙足支撐階段的軌跡．如圖2，圖3 所示．

　　在圖4中給出了行走機(jī)器人的模型和相關(guān)的一些參數(shù)，點(diǎn)（jcf，zf）為FOOT的行走軌跡的點(diǎn)在坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，描述了機(jī)器人行走過程中z方向和z方向上的運(yùn)動特征．點(diǎn)（礬， Zh）是機(jī)器人的HIP行走軌跡的一點(diǎn)在坐標(biāo)系中的坐標(biāo)．在 計(jì)算出腳和HIP的行走軌跡后，通過坐標(biāo)變換就可以求出KNEE的行走軌跡．