在最開(kāi)始，雙足機(jī)器人使用的平衡控制策略是“靜態(tài)步行”（static walking）。這種策略的特點(diǎn)是：機(jī)器人步行的過(guò)程中，重心（COG，Center of Gravity）的投影始終位于多邊形支撐區(qū)域（support region）內(nèi)，這種控制策略的好處在于：機(jī)器人可以在行走動(dòng)作中停止而不摔倒，但代價(jià)是行動(dòng)速度非常遲緩（每一步需要花費(fèi)10 秒甚至更長(zhǎng)，因?yàn)樾枰３种匦牡耐队笆冀K位于支撐區(qū)域，否則將不穩(wěn)定）。

?

因?yàn)殪o態(tài)步行和人類的期望相差甚遠(yuǎn)，于是人類開(kāi)發(fā)出來(lái)了另一種步行平衡策略——“動(dòng)態(tài)步行”（dynamic walking）。在動(dòng)態(tài)步行中，機(jī)器人的行動(dòng)速度被提升至了每步不超過(guò) 1 秒。但其弊端也是顯而易見(jiàn)的，機(jī)器人難以在運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)下立即停頓（慣性的作用），從而使得機(jī)器人在狀態(tài)轉(zhuǎn)換的過(guò)程中變得不穩(wěn)定。為了解決慣性帶來(lái)的影響，零力矩點(diǎn)（ZMP，zero moment point）被引入到了這一控制策略中。在單腳支撐相中，ZMP=COG。其好處在于，當(dāng) ZMP 嚴(yán)格的存在于機(jī)器人的支撐區(qū)域中，機(jī)器人則絕對(duì)不會(huì)摔倒。

雙足平衡的主流——基于 ZMP 的動(dòng)態(tài)步行

現(xiàn)在雙足平衡的主流是用基于 ZMP 的動(dòng)態(tài)步行。從上述的基本內(nèi)容來(lái)看，雙足機(jī)器人的一條腿就可以抽象成控制系統(tǒng)中最基本的“倒立擺”模型。

由于復(fù)雜地形的雙足平衡無(wú)法由單一的控制器實(shí)現(xiàn)，所以多個(gè)控制器的切換策略被用于解決平衡問(wèn)題。在這一個(gè)策略中，機(jī)器人的行走被設(shè)定為一個(gè)周期（cycle）每一個(gè)周期被分成了不同的行走階段（stage），如下圖所示：

直立姿態(tài)控制器（Upright Pose Controller ）

這種控制器可以使機(jī)器人在傾斜地形中始終保持直立姿勢(shì)，從而保持整個(gè)機(jī)體的平衡。對(duì)于雙足機(jī)器人而言，傾斜地形的“全局傾斜角”的測(cè)量就顯得尤為重要。一般采用的測(cè)量方法是在機(jī)器人的軀體內(nèi)部安裝一個(gè) 2 軸的加速度計(jì)，再加上一個(gè)低通濾波器就可以構(gòu)成一個(gè)傾斜計(jì)。

對(duì)于機(jī)器人的俯仰姿態(tài)控制，在規(guī)定的踝關(guān)節(jié)軌跡上，直立姿態(tài)控制器附加了含有俯仰誤差的 PI 控制器：

直立姿態(tài)控制器則可由下列等式實(shí)現(xiàn)：

下圖更加直觀的反映出了使用控制器之前與之后的俯仰控制平衡性差異：

下圖顯示了使用控制器之前與之后的側(cè)傾控制平衡性差異：