四足机器人质心位置规划及稳定性分析.pdf

《四足机器人质心位置规划及稳定性分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第32卷第06期计算机仿真2015年06月文章编号：1006—9348(2015)06—0308—06四足机器人质心位置规划及稳定性分析韩晓建，商李隐，杨涌(北京航空航天大学机械工程与自动化学院，北京100191)摘要：在四足机器人动态稳定性研究中，为保证四足机器人在采用离线对角步态行走过程中的动态稳定性，研究了一种新的稳定性保证方法，通过模型分析法建立机器人的数学及物理模型，从理论角度分析了重心位置对机器人稳定性的影响，得出了较为合理的重心位置规划区域，并使用Adams动力学仿真分析软件进行了虚拟模型的仿真测试。实验结果验证了改

2、进重心位置规划方法的有效性及合理性，并在实物样机试验过程中有效地保证了机器人行走时的稳定性。关键词：四足机器人；重心位置；对角步态；稳定性；仿真中图分类号：TP242文献标识码：BCentroidPositionPlanningandStabilityAnalysisofaQuadrupedRobotHANXiao—jianl，SHANGLi—yin，YANGYong(SchoolofMechanicalEngineeringandAutomation，BeijingUniversityofAeronauticsandAstron

3、autics，Beijing100191，China)ABSTRACT：Dynamicstabilityisthefocusanddifficultyinthequadrupedrobotresearch，inordertoensurethedy-namicstabilityofthequadrupedrobotwhenwalkingwithofflineplannedtrotgait，westudyanewstabilitykeepingmethod．Underthismethod，themathematicalandphysi

4、calmodelsareconstructedtoanalyzetheaffectionofgravitypositiononthestabilityoftherobot，andamorerationalregionofgravitypositionisobtainedtokeepthedynamicstability．Then，weusetheAdamsdynamicsimulationsoftwaretotestthevirtualprototypeunderthepreparedgaitdata．Theexperimenta

5、lresultsdemonstratetherationalityandeffectivenessofthecenterofthegravitypositionplan—ningmethods，anditcaneffectivelyensurethequadrupedrobotwalkstablywithtrotgait．KEYWORDS：Quadrupedrobot；Gravityposition；Trotgait；Stability；Simulation1引言四足机器人作为机器人领域的重点研究对象之一，几乎可以适应各种复杂地形

6、，能够跨越障碍，同时有着较强的承载能力，对复杂地形和非结构化环境适应性好，在核设备检修、排爆、探险、运输、教育、娱乐等方面的应用前景较好，其研究工作一直受到世界各国的重视。目前，国内外公开的具有代表性的四足机器人主要有日本电气通信大学的Tekken系列⋯、波士顿动力的Bi【gdog。“、清华大学的Biosbot[31以及山东大学的ScalfE4j及上海交通大学的JTUWM机器人等。在运行过程中要实现四足机器人的稳定步行，需要首先对机器人进行运动学分析和步态规划，按照行走过程中各腿动作顺序和方式的不同，四足机器人的步态可分为行走步态

7、、缓收稿日期：2014—07—28修回日期：2014—09—13·--——308-．——行步态、对角步态、溜蹄步态、慢跑步态、奔跑步态、跳跃步态等。在四足机器人的研究过程中，首先实现的是静态步行方式，即运行时每次只有一条腿处于摆动相，另外三条腿处于支撑相，故只要满足任一时刻机器人重心在支撑平面的投影落在三条支撑腿足底所组成的三角区域内机器人便无跌倒之虑。但静态步行占空比系数大，需要四条腿按照一定顺序摆动一次才能完成一个步行周期运动。然而，采用对角步态行走相对静态步行方式而言，则具有更高效、节能的特点；因此，该步态被广泛应用于实现四

8、足机器人的高速运动，可行性和实用性较高。但动态步行的技术难度远远大于静态步行，所以，在采用对角步态行走的过程中，如何从启动状态顺利的进入稳定运行状态并防止机器人翻倒及保证其行走时的稳定性是该研究亟待解决的关键问题。目前，针对四足机器人稳定性判定主要