通過對雙足機(jī)器人行走過程中一些特殊點進(jìn)行采樣分析，對比人類自身行走步態(tài)的觀察測量值，采用三次多項式插值來計算出雙足行走機(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)劃等提供了實驗平臺，具有很高的理論和應(yīng)用價值．

　　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IX；（Direct Current）馬達(dá)來平衡重心，因為其結(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，利用三次多項式插值【6J的優(yōu)點使機(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，以我們自身為實驗對象，同時借助人體模型數(shù)據(jù)分析．如圖1所示，A描述了人在行走時雙足著地的時刻，當(dāng)人雙足合并直立的時刻是A的一個特殊點；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．人行走的整個過程就是交替地改變支撐腳，反復(fù)執(zhí)行每個周期的過程．在文獻(xiàn)［7，8］中，假定了雙腳支撐階段是1個瞬間的過程，但在我們實際的研究過程中發(fā)現(xiàn)，如果雙腳支撐階段的時間太短，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間太長，會影響了機(jī)器人的行走速度．本文中假定在 1個行走周期Tc內(nèi)，雙足支撐階段的行走時間為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（jcf，zf）為FOOT的行走軌跡的點在坐標(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（礬， Zh）是機(jī)器人的HIP行走軌跡的一點在坐標(biāo)系中的坐標(biāo)．在 計算出腳和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．