四足移动机器人平地稳定行走步态的研究

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1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着移动机器人的应用范围不断扩大，对移动机器人的研究越来越多，而步态规划一直都是移动机器人研究中的一个热点。本文结合黑龙江省科技攻关重点项目“多运动方式四足移动仿生机器人”，对该机器人进行运动学建模和平地稳定行走的步态规划。机械结构分析和运动学建模是步态规划的基础，本文首先对该机器人进行机械结构分析，计算在行走过程中四腿着地、三腿着地和单腿运动的自由度。接着建立此四足机器人的并联运动学模型，给出上平台对下平台的位姿T，由并联运动学公式求解出各足趾相对上平台的位置。然后建立单腿串联运动学模型，根据足趾在基坐标下的位

2、置反解出三个关节角度。在此基础上根据各约束关节的机械限位，分析该机器人躯体的空间运动范围。步态规划是本文所讨论的重点。针对本文设定的步态假定，对比研究了基于假定范畴的所有可能步态，在保证稳定的条件下从耗能、效率、运动空间几个方面论证稳定行走的最佳步态。然后在运动空间的约束下，讨论其对应的初始位姿。静态稳定步态是稳定行走的最基本步态，为谋求更大的稳定裕度，先规划固定重心点的静态步态，在此基础上再规划随动静态步态以改善运动的平滑性。为了解决能在不同方向上行走的问题，又规划了零半径转弯步态。同时讨论了稳定裕度和运动参数、结构参数之间的关系，并给出以上两

3、种步态的稳定裕度。为了进一步提高机器人的运动速度，引出ZMP动态稳定理论。规划了固定ZMP和随动ZMP两种动态稳定步态，仿真表明，随动ZMP的动态稳定步态相对固定ZMP的动态稳定步态的运动参数较好，轨迹更平滑，速度变化范围较小。关键词四足；机器人；步态规划；ZMP；稳定行走坠垒堡三些奎耋三兰塑圭耋墨篓圣AbstractWiththeextensionoftheapplicationrangeofquadrupedmobilerobot．thestudyofmobilerobotwasmoreandmore，andthegaitplanningis

4、alwaysthefoCUSofmobilerobotresearch．ThisdissertationgoeswiththeHeiLongJiangProvinceScienceandTechnologyimportantproject“multi-locomotionquadrupedrobot”，tomakethekinematicsmodelandgaitplanningonfiat．Structureanalyzeandkinematicsmodelisthebasisofgaitplanning，SOfirst，analyzethes

5、tructureoftherobot，andcalculatetheDOFwiththreelegstouchdown，four-legstouchdownandeachswingleg．Thenmaketheparallelkinematicsmodeloftherobot，getthepositionoftoesbyparallelkinematics．Theseriesmodelofeachlegisgiven，accordingitandthepositionofeachtoe，wegetthreejointangles．Onthebas

6、eofthem，analyzethelocomotionrangeoftherobotinthemechanicallimitofalljoints．Gaitplanningistheemphasisofthisdissertation．Contraststudybetweenallpossiblegaitsundermyhypothesisisproposed．Provetheoptimumstablewalkinggaitonfiatfromtheaspectsofcosting，efficiency,locomotionrange．Then

7、initialpositionandfourtoestouchpositionisdiscussed．Becausestaticgaitisthebasegait，planningfittedstaticgaitfirstinordertogetmoremargin，thenplanningitsmovingstaticgaittoimprovethesmoothoflocomotion．Toresolvetheproblemofwalkingindifferentorientation，originalturninggaitisplanned．

8、Forthereasonofsteadymarginisanimportantparameterofstablegait，therela