四足机器人躯干重心稳定的变步长行走研究.pdf

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1、第31卷第12期计算机仿真2014年12月文章编号：1006—9348(2014)12—0339—07四足机器人躯干重心稳定的变步长行走研究王恒升卜2，邹铁庚1(1．中南大学机电工程学院，湖南长沙410083；2．高性能复杂制造国家重点实验室，湖南长沙410083)摘要：在机器人稳定性控制优化问题的研究中，四足机器人行走过程中躯干重心位置的波动是运动不平稳的一个重要原因，也会带来机器人的低能效比和机械寿命缩短等问题。为了解决上述问题，研究了四足机器人行走过程中保持重心稳定的方法，提出重心无波动关节运动规划方法。从静止加速到指定速度的过程，速度的增加按s型曲线变化，保证重心的平稳加速；

2、在恒速行走过程中，以躯干重心位置变化的加速度为零、足端在起脚和落脚位置的冲击为零作为约束条件，计算出四足机器人各关节的运动函数，保证了行走过程的重心平稳。机器人行走的步长在行走过程中动态计算，计算依据是保证整个行走过程中重心在水平面的投影始终在机器人支撑脚所在多边形范围之内，可进一步减小重心在垂向的波动。对所提方法进行了计算机仿真，运动规划及关节驱动函数在Matlab中实时解算，运动过程的程序控制采用Matlab的状态机技术，四足机器人行走的动力学过程用Adams实时计算。仿真过程中四足机器人行走平稳，实际重心曲线在横向和垂向的偏穆波动极小，表明提方法对于重心的控制是有效的，为机器人

3、稳定行走设计提供了依据。关键词：四足机器人；恒速慢步行走；运动规划；重心波动；变行走步长中图分类号：TP242文献标识码：BStudyonQuadrupedRobotWalkingWithAdaptiveStep—-SizeandStableCenterofGravityWANGHeng—sheng，ZOUTie—geng(1．CollegeofMechanicalandElectricalEngineering，CentralSouthUniversity，ChangshaHunan410083，China；2．StateKeyLaboratoryforHighPerformanc

4、eComplexManufacturing，ChangshaHunan410083，China)ABSTRACT：Fluctuationofcenterofgravityisamainreasonfortheinstabilityinwalkingofquadrupedrobots，whichalsocausesotherproblemssuchaslowerefficiencyofenergyusingandquickerfailureofmechanicalpar：s．Amethodtostabilizethewalkingofaquadrupedrobotwaspresente

5、dinthispaper，whichfocusesonthemotionplan—ningwithfluctuation—freeofthecenterofgravity．Intheprocessfromstaticstatetothestatewithgivenspeedofmo—tion，thetorsospeedofthequadrupedrobotincreasedwithanS—shapedcurvetomakethisprocesssteady．Inthewalkingprocesswithconstantspeed，theconstraintsonthemotionpl

6、anningofjointsoftherobotwerethedemandsforzeroaccelerationofthepositionofthecenterofgravityandzeroimpactduringthemomentsofpullingfootfromandplacingfootontheground，whichpromisedthesteadymotion．Thesizesofthewalkingstepsoftherobotwered)nam—icallydeterminedtokeepthecenterofgravitywithintheareaofthec

7、onvexpolygonbythesupportingfeet，whichfur—therdecreasedthepossiblefluctuationofcenterofgravityintheverticaldirection．Simulationsaregiven，inwhichmotionplanningandjointdrivingfunctionswerecompletedinMatlab，programcontrolforthemotionp