四足机器人步幅、步频与扭矩和能耗关系研究.pdf

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1、第12期组合机床与自动化加工技术NO．122012年l2月ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechniqueDec．2012文章编号：1001—2265(2012)12—0010—05四足机器人步幅、步频与扭矩和能耗关系研究水李军，苗新聪，张晓宇(西北工业大学机电学院，西安710072)摘要：步频与步幅是影响四足机器人运动速度的主要因素，针对不同步频与步幅的耦合状态，分别研究了步频与步幅独立变化对机器人关节扭矩与能耗的影响，并对多种步幅下步频变化引起速度增加对运动质量的影响进行了分析与比较。得出能耗对步频参数的提高更为敏感，关节扭

2、矩与步幅参数的变化有直接的关系，同时肘式关节在运动中所需提供的驱动力矩要小于膝式关节，最后给出了不同参考标准下步频与步幅的优化耦合范围，结论能够作为四足机器人结构设计与运动优化的参考。关键词：四足机器人；步频；步幅；能耗中图分类号：TP242文献标识码：ATheResearchonEffectofStrideFrequencyandStrideLengthonJointTorqueandEnergyCostinTrottingofQuadrupedRobotLIJun，MIAOXin—eong，ZHANGXiao—yu(SchoolofEectromechanics，Northw

3、esternPolytechnicalUniversity．Xi’an710072，China)Abstract：Stridefrequencyandstridelengtharemainelementsaffectingthespeedofquadrupedrobot．Inthispaper，westudytheeffectofthesetWOindependentvariablesonthejointtorqueandenergyconsump—tionaccordingtothecouplingbetweenthem．Furthermore，weanalyzeandcomp

4、aretheeffectofthein—creaseofthespeed，whichiscausedbythefrequencywithmultiplestridelengths，onthelocomotionbe—havior．Fromthesimulationresults，weobservethattheenergyconsumptionismoresensitivetothein—creaseofthefrequency，thejointtorqueisdirectlyrelatedtothechangeofstridelength，andthedrivingtorque

5、requiredbytheelbow—styledjointislessthanthatbytheknee—styledjoint．Inaddition，wefigureouttheoptimalrangeofcouplingbetweenstridefrequencyandstridelengthbasedonvariousflameofref-erences．Thisresearchmightbenefittothestructuredesignandmotionoptimizationofquadrupedrobots．Keywords：quadrupedrobot；str

6、idefrequency；stridelength；energycost对于以电机驱动的四足步行机器人，设计成型0引言后其关节输出力与输出速度取决于驱动器的特性参动物的步行调节主要通过改变步频和步幅来实数，其中机器人运动步频取决于驱动器的输出速度，现，国内外学者对包括人在内的多类动物在运动中步机器人的运动步幅取决于机器人的关节自由度范频和步幅的变化与优化关系进行了大量的研究。对于围，在运动速度调整的过程中，只要驱动器所需提供生物来讲，步频更多地是与神经过程的灵活性和快肌的驱动力与驱动速度在特性曲线包络的范围内，机纤维的含量有关，而步幅更多地是受关节屈伸幅度的器人就能按照设计要求实

7、现可靠的步行运动。而生限制。过于提高步频会造成肌肉的疲劳，过于增大步物肌肉为一种串并联弹性系统，其输出特性与电机幅会使肌肉组织的负荷加重，同时上述参数的变化还输出特性不同，同时其具有疲劳效应，此外机器人在会影响到能量的消耗，困此针对特定的运动速度，在一结构上是经过了仿生的简化，且多为刚性环节联接定程度上均有一个最佳步频与步幅的耦合范围～。缺少弹性缓冲，与生物的柔性结构也有较大不同。此外步频步幅的提高均能使速度得到增加，步幅的增因此机器人的步频步幅等参数变化对每个关节驱动加与步频的