更新时间：2024-09-21 12:07
被动动态行走是研究双足（两条腿）步行系统的一种方法，这个系统包括人类或其他双足动物，或你想制作或控制的双足步行机器人。被动动态行走是看待双足步行的一种方式。与其把它作为一个持续不断的努力保持平衡，不如把双足行走看做一 个在足部接触变化的间歇干扰下的持续的被动跌倒，我们可以对它由一个更好的理解。然后可以将一串稳定持续的步子看做周期运动进行分析。
被动动力行走（Passive Dynamic Walking）指的是机构只依赖自然力及本身的结构而实现的双足或多足行走。这里的自然力指的是重力、足与地面的摩擦力及碰撞力，而机构本身可以包含一些如弹簧阻尼之类的被动元件，但不含可将非机械能转换为机械能的部件如电机等。显然，由于足与地面的碰撞和摩擦导致的能量损失，纯被动机构不能在平地上持续行走，但依靠重力提供能量补充，它可以在斜面上实现稳定持续的下坡行走。给纯被动行走机器加以简单的驱动，用很少的能量代替在下坡时由重力提供的能量，就可以实现其在平地的稳定行走，这样的行走称为基于被动原理的行走。
被动动态行走的方法最早由McGeer提出，引发了各种关于人类行走的见解，并已产生了一些自然和有效的步行机。
被动行走可以被视为混合系统产生的一种物理现象，其中包括腿摆动动作的连续动态和离散的腿交换事件。分析混合系统得到步态生成和稳定性。
被动步行可以展示一个稳定的极限环。当状态保持稳定极限环，步行系统是稳定的。
McGeer首先由离散时间系统研究被动行走。他证明了雅可比矩阵不动点的稳定性，雅可比矩阵是由线性化离散时间状态方程（称为“步到步方程” ）得到。
由Wisse提出的研究被动行走的几点建议如下：
弧形腿。不要使用点型足，因为吸引盆非常小。一个半径约腿长1/3的弧形脚相对更好。
弧形腿可以牢固地附在小腿上，所以没有踝关节。如果你不喜欢这个非人类的特征，弧 脚同样可以改为装在脚上内附弹簧的扁平足。
前后质量平衡。对每一个新的坡度，可能会需要重新调整前后质量平衡。有两个影响需要同时考虑。首先，前后质量平衡影响每一步加速度和减速度的量。当机器人有一种减 慢或向后倒的趋势，将质量前移。如果你移过度了，该机器人将加快并向前跌倒。在这 里质量平衡是和脚的位置有很大的关联。如果脚被移前（如大多数膝盖被动步行者），质量也需要一个向前偏移。第二，一条腿内的质量平衡影响被动摆动。在摆动腿要关于其垂直平衡左右对称。所以，如果质量靠后，然后腿摆动会比开始要远。这是好事，因为它降 低了前倒的几率。正如McGeer已经指出那样：髋关节摩擦可以通过后移腿部质量补偿。
伪二维。大多数研究人员从二维被动步行开始，用四腿对称的结构。该机器人是不是真正的二维（在我们的物质世界中没有什么东西是二维的），所以重要的要将近似做得尽可能 好。需要良好的固定的工作，因为那是一个很好地面。另外一个诀窍在于连接膝盖行走者 的弓形垫。
良好的外形工程非常重要。弹跳，挠性，摩擦，关节滑动（所有这一切都不能准确地进行建模）应减少到最低限度。增大质量。一般来说，腿质量应增大；沉重的髋关节是好的，沉重的脚是不好的。对有膝盖的模型也是一样；小腿应轻巧，其质心应接近膝关节。
对称的步态。腿应是一样的，使机器人对称。如果结果仍然是一个非对称的步态（一个长步子，然后一个短步子） ，那么这意味着步行周期是刚刚稳定。对于最简单的走路模型，这发生在陡峭的山坡上。尝试调整等参数使不对称性消失。
关节极限点。髋关节有极限位置有利于稳定性。
上世纪八十年代，加拿人学者T.McGeer提出了被动动力学理论，并由此有了“机器人被动行走”的概念。T.McGeer设训了一类简单的双足无动力行走机器人，其行走是在小倾角斜面上由上而下靠自身重力驱动实现的。T.McGeer对其被动机器人模型行走动态和稳定性进行了研究，由此开启了双足行走机器人研究的有一领域——久驱动机器人。无动力双足机器人动力特性的研究有助于揭示人类双足行走的内存机理，解释人类行走稳定性、鲁棒性、高效率的原因。
传统的仿人双足机器人大多采用跟踪预设关节轨迹的控制方法，虽然可实现类人行走和跑步，但控制机理与人类不同，且能耗性很高。例如，本田技研工业的ASIMO仿人机器人的行走能耗就是人类行走能耗的数十倍以上．被动行走为实现高效自然行走提供了一个可能的解决途径。
其实，要做双足机器人最基本的工作就是实现他的迈步。迈步要怎样做呢？抬腿加迈腿就可以前进了。咱们都知道，东西斜着拿，手渐渐放松会怎样？会旋转有木有？咱们就利用这个现象让机器人迈腿，（原理是当脚的在平稳状态时轴点与重心不平衡当脚抬起时就会迈动。）至于抬腿的实现，其实咱们不让机器人抬腿，让每只脚下的地面交替变低达到的效果是一样的，其实就是在斜面上下坡行走就可以了。
我们用“探索者”成功实现了一个被动行走机器人，这个机器人模型个头虽小，但是表现相当不错。我们给它取个名字叫walker。下面开始机器人的制作工作吧！