如何在粗糙地形上奔跑

在粗糙地形上奔跑的稳定性取决于由地面引起的扰动的传播。我们考虑矢状面内的稳定性，并将奔跑动力学建模为具有交替腾空相与支撑相的二维物体。支撑相被建模为被动的脉冲碰撞，随后是补偿碰撞损失的主动脉冲蹬伸。这样的奔跑者在平地上具有无限多种策略来维持周期步态。然而，这些策略在地形不平引起的扰动如何传播上有所不同。不稳定性表现为翻倒（方向不稳定性）或无法维持稳定速度（平移不稳定性）。我们发现，避免感觉反馈的开环策略足以在高度随机变化的分段平坦的阶梯状地形上维持稳定性。然而，这些开环奔跑者在斜率与高度均随机变化的粗糙地形上会丧失方向稳定性。只有通过避免切向碰撞才能恢复方向稳定性。切向碰撞可通过腿部回缩以在触地时匹配脚与地面速度来避免。通过分析扰动的传播，我们推导出一个控制稳定性的无量纲参数，并指导生物与机器人奔跑者的设计与控制。