四足步行机器人稳定性及步态研究.pdf

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1、四足步行机器人稳定性及步态研究口李赫口张文志口李伟娟口李跃内蒙古工业大学机械学院呼和浩特010051摘要：介绍四足步行机器人行走时的静态稳定性，就步行过程中重心偏移量对稳定性产生的影响进行研究，进一步完善静态稳定性的计算方法，并在此基础上对原有机器人的步态生成方法作一定程度的改进。关键词：四足步行机器人静态稳定性步态时序中图分类号：TP24文献标识码：A文章编号：1000—4998(2009)0l一0016—03近年来，移动机器人中轮式和履带式移动方式已在机器人的几何中心处，所以要考虑重心偏移对静态获得广泛应用。但相比较而言，足式机器人具有轮式和稳定性所造成的影

2、响。由参考文献【1】可知，当初始步履带式机器人所没有的优点，它可以相对较易地跨过态时，机器人的重心偏移处在极限位置，计算此时的影比较大的障碍，并且机器人的足所具有的大量的自由响即可。已知4个足趾相对躯体的位置，可先求出各腿度可以使机器人的运动更加灵活，对凹凸不平的地形的重心偏移，然后再由如下公式：的适应能力更强。其中四足步行机器人由于其比二足Z=(ZI+如+Z3+z4)×m】／(4×m1+m)(1)步行机器人承载能力强、稳定性好，同时又比六足、八即可求出重心的偏移量z，其中：zt、l：、z，、z为腿重足步行机器人的结构简单，更加受到各国研究人员的心相对机身坐标系

3、原点的偏移；171,为腿的质量；171,为重视，已成为机器人学中一个引人注目的研究领域。步机身的质量。由于机器人的腿部结构一般都采用平面态是研究步行机器人的一个很重要的参数，步态规划连杆机构且使用相同的材料制成，可以把它们看作是的好坏直接影响到机器人步行过程中的平稳性、关节均质等截面的细线，忽略驱动关节的质量和长度，利用所需驱动转矩的大小等因素。常用的步态生成方法有：T程力学中求重心的组合法怛来求得机器人腿部重心McGhee提出的根据静态稳定裕度分析的直线螃蟹步在机身坐标系中的坐标，公式如下：态生成方法，Hirose等提出的利用对角线原理的步态^，一垒!±垒±：

4、：：±垒!△Zl+△如+⋯+△Z搜索方法，Song等提出的曲线路径的步态生成方法以：垒』!!±』2z±：：：±垒』f，、及基于静态平衡的步态生成方法。本文介绍和分析步．AZ1+△Z2+⋯+△、行机器人的静态稳定性，根据机器人在步行过程中重：垒』±垒』望2±：：：±垒』心产生的偏移量对静态稳定性的影响，对原有的基于△Zl+△Z2+⋯+△静态平衡的机器人步态生成方法作了一定程度的改式中：△z-、△如，⋯，△分别为腿部各连杆的长度；(，进，并绘制了时序图使读者能够更加直观地了解到机Y，·)、(X2，，现)，⋯，(‰，，Zn)分别为腿部各连杆重心器人的整个移动过程。在机

5、身坐标系中的坐标。由式(2)可得出机器人一条腿的重心在机身坐标系中的坐标(％，，磊)。再根据公式：1静态稳定性厶=^／++靠(i=1，2，3，4)(3)1．1静态稳定性的一般描aY_便可求出Z，、Z：、Z，、厶。四足步行机器人在行走的时候，机体相对地面始由式(1)可得出结论：Z、l：、z，、Z．、的值越小，则终作向前运动，重心始终在移动。四条腿轮流抬跨，相重心偏移就越小。要使z-、z：、如、厶的值减小，则应使腿对机体也作向前运动，不断改变立足点位置，只要机器根部的质量大，足趾处的质量小，即可使腿摆动对重心人重心的垂直投影始终被它交替变化的立足点所组成的影响较小。

6、同样，减小m的值，也可使重心的偏移减的三角形所包围，则机器人是静态稳定的。机体的运动小。实际上重心的偏移主要由m的质量引起。一般来和腿相对机体的运动必须在任何时刻保证协调一致，说，在自然界的四足动物中，躯体的质量远大于腿的质才能使机器人重心的垂直投影始终落在三足支撑点构量。但是对机器人来说，各腿的质量和躯体质量几乎相成的三角形区域内，实现稳定行走。等，所以重心偏移较大，进而对静态稳定性影响较大。1．2重心偏移对静态稳定性的影响1．3对静态稳定性计算的完善在实际情况中，机器人的重心并不是时刻都保持先介绍静态稳定性区域的定义：过立足点和机器收稿日期：2008年7月人

7、重心投影点的直线为边界线，由两边界线所形成的2009／1机械制造47卷第533期位于两立足点对面的区域为静态稳定性区域，记为黄博在文献[6】中提出，重心的调整方式有两种：SSA(StaticallyStableArea)⋯。因此，机器人只要再有1单独调整重心方式和每步调整重心方式。单独调整重个立足点位于SSA内时，那么这3个立足点组成的三心方式为得到更大的稳定裕度，在迈腿过程中保持重角形就一定包围机器人重心的垂直投影点，机器人便心不变，待四条腿同时着地再作重心调整。单独调整重是稳定的。由于机器人运动过程中重心的实际位置和心方式考虑的主要因素是稳定裕度及控制系统设

8、计简机身的几何中心并不重