移動機器人與運動方式
零力矩點
零力矩點通常簡稱 ZMP,是行走機器人用來檢查平衡的、地面上的一個點。設想一個機器人單腳站立。地面會向上托住這隻腳,但托力並不均勻——機器人往前傾時腳尖底下壓得更重,往後仰時腳跟底下壓得更重。零力矩點就是鞋底上的那一個位置:可以把全部向上的壓力看作集中通過這一點,而且圍繞這一點不再剩下任何讓腳翻轉或傾倒的扭力。如果你把整隻腳架在恰好插在零力矩點處的一根針上,那一瞬間腳也不會開始搖晃或翻倒。
這為什麼重要?腳只能往下蹬,不能拉住或抓住地面。所以只要零力矩點還落在腳(或兩隻腳)真正踩住的那塊地面範圍之內,機器人就是安全的——地面能提供所需的任何托力,腳也能保持平貼。可一旦零力矩點到達腳的最邊緣、想要越出去時,外面就再沒有地面可供蹬踏了,腳的一側會翹起來,機器人便開始傾倒。因此行走控制器會把每一步都規劃好,讓零力矩點穩穩留在支撐區域之內;一旦它開始漂移,控制器就會擺動手臂、移動髖部或調整步幅,把它拉回來。
零力矩點是大多數經典雙足機器人背後的主力判據,因為它把「它會不會摔倒?」這個棘手的問題,變成了一條乾淨俐落的規則:讓算出來的那個點始終留在地面的觸地區域之內。它在平整、可預測的地面上、配合沉穩謹慎的行走時表現極佳;而對於奔跑或跳躍則不太適用,因為那時雙腳都會離地,一瞬間根本沒有任何支撐面可供它停留。
當一台人形機器人向前伸手去抬箱子時,重量會移向腳尖。平衡控制器察覺到零力矩點正滑向雙腳的前緣,於是迅速屈膝、把髖部往後推,在機器人前傾摔倒之前,把零力矩點滑回到腳掌的中部。
平衡,被簡化成讓算出來的一個點始終留在雙腳之內。
把零力矩點嚴格保持在腳掌內部能保證腳底永不翻起,但這是一條偏保守的規則——那些被允許短暫地以腳邊緣點地搖動的敏捷機器人,能比單靠零力矩點行走更自然地邁步和奔跑。
又稱
另見