15 November 2009

这篇文章属于《梦之栖居》系列,写于2009年。

今天下午又是去我们系的一个实验室——机器人控制实验室。课程单元主要内容是机器人行走,主讲人是赵明国老师——国内堪称对机器人的两条腿最熟悉的几个人之一。

在对实验室情况作了大致介绍后,老师主要为我们讲解了关于机器人行走的一些理论知识。我从中也了解到一个大概思路。最早对机器人行走有深入研究的是日本的加藤一郎教授。早期的机器人都是静态行走的,即在走路的每个时刻机器人都是静态受力平衡的。从物理上说,就是身体的重心在地上的投影点处在支撑面内。这样使得“大脚”比较占优势。因此我们看到的早期机器人都是迈着一双大脚缓缓地向前挪动。这种静态行走不仅缓慢,而且能量效率极低。后来又提出了基于ZMP(Zero Movement Point)的行走理论,虽然有所改善,但仍没有摆脱静态行走的弊端。

随着研究的进展,动态行走的理论逐渐发展起来。赵老师提到,这在一定程度上也是受人走路的启示。人在走路的过程中,重心不断地变化,整个过程是连续动态的,且消耗的能量很少,几乎不费劲。这方面最先发展的是PDW(Passive Dynamic Walking)理论,即被动的动态行走。基于此理论制造的机器人前进时是动态平衡的,在顺斜坡下行时不施加任何动力,自身结构设计使得它能够在重力的作用下前进。最近几年慢慢在部分关节加上了电机,成为半动力行走机器人。从对无动力的研究到加上动力,是一种从简单到复杂的过程。当年飞机的发明也是这个思路。莱特兄弟先制造了无动力的滑翔机,并且把其机理研究清楚之后,有在此基础上加上动力进行研究试验,最终发明了飞机。可见科学研究中一些方法是相通的。

最后老师为我们展示了他目前的机器人,还播放了一些机器人足球赛的视频。

(2009-10-23)