一种新型四足变胞爬行机器人的步态规划研究.pdf

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1、第52卷第11期机械工程学报Vol.52No.112016年6月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGJun.2016DOI：10.3901/JME.2016.11.026*一种新型四足变胞爬行机器人的步态规划研究1111,2甄伟鲲康熙张新生戴建生(1.天津大学先进机构学机器人学中心天津300072；2.伦敦大学国王学院机械工程系伦敦WC2R2LS英国)摘要：随着移动机器人在探测救援中的应用逐渐增多，活动灵巧、环境适应能力强的多足机器人越来越受到国内外学者的关注。介绍一种腰部可以活动的四足机器人的设计及其步态生成，并展

2、示了活动腰部可提升机器人对极端环境的适应性。提出三个基本假设以简化机构模型，提出腰部构态变换规则，并用几何方法说明了腰部构型变化可扩大机器人腿部活动空间，从而提升对复杂环境的适应性。另外，腰部运动与步态融合，生成了两种新的基本步态——扭腰直行步态和原地旋转步态。基于提出的两种步态，对比了固定腰部与可动腰部条件下运动稳定裕度的变化，分别计算了狭窄弯道通过条件，并分析了所设计步态对头部视觉的影响，从而证明所设计机器人具有较高的极端环境适应能力。关键词：四足变胞爬行机器人；步态规划；可动腰部中图分类号：TH112GaitPlanningofaNo

3、velMetamorphicQuadrupedRobot1111,2ZHENWeikunKANGXiZHANGXinshengDAIJiansheng(1.CentreforAdvancedMechanismsandRobotics,TianjinUniversity,Tianjin300072;2.DepartmentofMechanicalEngineering,King’sCollegeLondon,LondonWC2R2LS,UK)Abstract：Mobilerobotsraisedmuchinterestinrecentyear

4、sduetotheirmaneuverabilityincomplicatedenvironments.Anovelquadrupedrobotwhichhasachangeablewaistandpossessnewgaitsisintroduced.Basedonthekinematicsmodel,thereconfigurablewaistofthenovelmetamorphicquadrupedrobotisanalyzedandthebodyconfigurationswitchingrulesareproposed.Ther

5、eachableareaofrobotlegiscomparedwithanormalquadrupedofarigidwaist.Takingwaistactionintoconsideration,twonovelgaits,i.e.twistingforwardgaitandspinninggait,aredesignedandtheirprocessesaredescribed.Todemonstrateadvantagesofthemetamorphicwaist,stabilitymarginofarigid-bodygaita

6、ndthatofthereconfigurable-bodygaitarecompared,theminimumsizeofanarrowcornerfortherobottowalkthroughiscalculatedandtheconstraintstoachievethesmoothmotionofthevisualpointandcenterofgravityofbody(COG)areanalyzed.Keywords：metamorphicquadrupedrobot；gaitplanning；changeablewaist[

7、3]韩国的PARK等通过研究一种具有单自由度腰10前言部扭转关节的四足机器人，证明了腰部单自由度扭转对步态稳定裕度的改善作用；2007年张克涛[4]四足爬行机器人能够很好地适应复杂崎岖地等提出了一种采用六杆球面变胞机构作为机器[5]形，同时又具有结构简单、稳定性高的优点，因人身体的轮腿式探测车；2009年丁希仑等研究[1]了轮腿混合式变结构机器人的力学性能及运动特此一直是国内外学者关注和研究的重点。近年来，机器人技术不断进步，机器人所要完成的任性，综合了轮式和腿式机器人的特点以适应复杂务日趋复杂、环境更加多变，这对爬行机器人的环境。[6]机

8、构设计提出了新的要求，国内外学者对结构可爬行机器人是多指手的倒置。2004年DAI[2][7][8]变的爬行机器人进行了研究。2004年田娜等发明变胞灵巧手后，戴建生等在手掌结构