平地直線軌跡步行實驗

本實驗的目的，主要是驗證由前述方式所設計出來的步行軌跡是否可以使機 器人正確而穩定的步行在平坦地面上，用以成為後續加入補償器控制的軌跡。 

實驗中主要展示的是依照吾人所設定的靜態步行軌跡進行的行走直線一公 尺，腰部軌跡參數：半跨距 25mm、橫移距離 h1=70mm、擺廓曲線取樣數 T1=192；腳部軌跡參數：半跨距 50mm、跨步高度 h2=40mm、擺廓曲線取 樣數 T2=96，實驗環境為平坦的實驗桌並架設 2 條標記相距 1m，如圖 5.2，實際 動作序列照如圖 5.3(a)‐(f)，分別是(a)身體左移、(b)抬起右腳、(c)右腳著地、(d) 身體右移、(e)抬起左腳和(f)左腳著地。圖 5.4‐圖 5.11 分別為左右腳 X、Y 方向 ZMP 與將其中取出單一週期放大圖。 

在全週期圖中 X 軸方向由較小寬度虛線夾住的是此腳單腳支撐相時之階段 取樣，Y 軸方向虛線夾住的是此腳單腳支撐相時 ZMP 最大的變化範圍，位置可參 考圖 2.22，X 方向邊界在 0 與 97mm，Y 方向邊界在 0 與 167mm，因此可以知道 在移動過程中左右腳單腳支撐相之 ZMP 變化皆距離邊界有一定的緩衝區間，至 少約有 10 到 50mm 之間，並且每週期呈現規律性的變化。共行進 12 週期，每 週期行進約 85mm，總長約為 1m，每週期取樣為 384，每週期所需時間約為 6 秒。而在單一週期中共分為四個階段，各為 96 取樣，順序分別是單腳支撐相支 撐腳、雙腳支撐相、單腳支撐相擺動腳與雙腳支撐相。 

在單腳支撐相支撐腳中，單腳 ZMP 軌跡就等於全身 ZMP 軌跡，因此可從此 得知整體的穩定狀態，而在雙腳支撐相中，全身 ZMP 是由雙腳的 ZMP 權重計算 得到，因此必定落於雙腳 ZMP 之連線上，只要雙腳之 ZMP 軌跡皆處於一定的穩 定區間之內，則全身 ZMP 也必定處於由雙腳所構成之穩定多邊形內，而在單腳 支撐相擺動腳中，由於腳是屬於懸空不接觸地面，因此不影響全身 ZMP，此時所 量測出來之受力皆為機體振動所引起，四個感測器會有微小但接近的變化，因此 同樣由 ZMP 公式計算得到的軌跡會趨向腳底中心。 

可行

One period Unit:mm

  圖 5. 4 左腳 X 方向 ZMP 軌跡 

Left single support phase Left to right double support phase Left single shift phase Right to left double support phase Unit:mm

  圖 5. 5 左腳 X 方向單一週期 ZMP 軌跡 

  圖 5. 6 左腳 Y 方向 ZMP 軌跡 

Left single support phase Left to right double support phase Left single shift phase Right to left double support phase Unit:mm

  圖 5. 7 左腳 Y 方向單一週期 ZMP 軌跡 

One period Unit:mm

  圖 5. 8 右腳 X 方向 ZMP 軌跡 

  圖 5. 9 右腳 X 方向單一週期 ZMP 軌跡 

One period Unit:mm

  圖 5. 10 右腳 Y 方向 ZMP 軌跡 

  圖 5. 11 右腳 Y 方向單一週期 ZMP 軌跡 

圖 5.12(a)‐(f)則是一週期中軌跡產生之左右腳各關節角度變化，虛線為左腳，

實線為右腳。旋轉方向與自由度順序可參照圖 2.7，可以看出左腳與右腳的軌跡 是相當類似的，在圖 5.12(b)(c)(d)中，左右腳相差半個週期，而在圖 5.12(a)(e)中，

除了左右腳相差半個週期之外，旋轉方向也相異，在圖 5.12(f)中，由於第 6 自由 度在直線運動中不使用到，因此皆為 0。 

  (a)      (b) 

  (c)      (d) 

  (e)      (f) 

圖 5. 12 左右腳軌跡(a)DOF1(b) DOF2 (c) DOF3 (d) DOF4 (e) DOF5 (f) DOF6