Page 198 - 机械设计制造与自动化技术研究

Research on Mechanical Design, Manufacturing and Automation Technology
机械设计制造与自动化技术研究

足式行走机器人的稳定性差，移动速度慢，但可以跨越比较复杂的地形，比
如台阶、山地等。与轮式或履带式机器人不同的是，足式行走机器人本身是个不
稳定的系统，因此运动控制首先要解决其稳定性问题，然后才能考虑使其按既定

轨迹移动的问题。目前，主流的足式行走机器人控制方式有两种：一是电机控制，
二是液压控制。二者各有利弊。电机控制方式相对简单，但采用电机驱动的机器
人负载能力较为有限；液压控制方式相对复杂，但采用液压器件驱动的机器人负
载能力较强，实用价值较高。

利用电机和轴承模拟人的关节，从而控制机器人实现稳定行走，这是机器人
控制中通常采用的方式。实际上，运动控制一般是将末端轨迹规划与稳定控制相
结合：首先规划机器人脚掌的轨迹，再通过机器人运动学求解各个关节电机的旋
转角。理论上按上述方式计算得到的关节旋转角（简称关节角）能够保证机器人

脚掌的轨迹跟踪，但由于实际环境中存在很多扰动，需要对关节进行反馈校正，
保证稳定性。稳定控制方法很多，其中有一种被称为零力矩点（Zero Moment
Point，ZMP）的简单而实用的方法，该方法的特征是：通过检测实际 ZMP 的位
置与期望值的偏差，闭环调整关节角，使 ZMP 始终位于稳定区域以内，从而保

证机器人不会摔倒。在机器人的闭环控制中，要求机器人的各个关节能够快速响
应外界的扰动，这对负载能力有限的电机来说是较为困难的。比较起来，液压系
统的负载能力较强，因而具有更加优秀的抗扰性能。例如美国波士顿动力公司
（Boston Dynamics）研制的 Atlas 机器人，在“金鸡独立”的状态下，被外力从

侧面撞击，依然保持不倒。这既得益于先进的控制方法，也得益于其液压系统强
大负载能力的“保驾护航”。
上述探讨是针对一般移动类机器人作出的，其情况与大部分工作在制造环境
下的工业机器人还有所不同。众所周知，机器人控制系统是机器人的大脑，是决

定机器人功能和性能的主要因素，因而在讨论与分析工业机器人的关键技术时主
要是针对其控制系统而言的。工业机器人控制技术的主要任务就是控制其在工作
空间中的运动位置、姿态、轨迹、操作顺序和动作时间等，要求具有编程简单、
软件菜单操作、友好的人机交互界面、在线操作提示和使用方便等特点。因此，

工业机器人的关键技术包括；
一是开放性、模块化的控制系统体系结构：采用分布式 CPU 的计算机结构、
分为机器人控制器（RC）、运动控制器（MC）、光电隔离 I/0 控制板、传感器

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