四足机器人步态生成算法研究与仿真.pdf

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1、第31卷第9期计算机仿真2014年9月文章编号：1006—9348(2014)09—0397—05四足机器人步态生成算法研究与仿真权震华(西南科技大学信息工程学院，四川绵阳621010)摘要：在四足机器人行走动态控制的研究中，为使四足机器人能在复杂地面状况下行走，提出了～种四足机器人在小平坦地面爬行时的平动步态生成算法。首先构建四足机器人步行机构模型，根据静态稳定性对角线原理的判定确定机器人腿的摆动顺序；以平动步态为例根据机器人前行方向、初始位姿、地面不平坦等因素计算一个步态周期后机器人的位姿从而实现平动直线行走的连续

2、步态算法。考虑了机器入机构约束以及状态变化因素使机器入在每一个步态周期都能跨出尽可能大的步幅实现行走效率的最大化。通过仿真验证了算法的正确性。仿真结果对四足机器人步态稳定性的研究及实现具有实际的参考价值。关键词：四足机器人；静态稳定性；对角线原理；步态；位姿；步幅中图分类号：TM242．6文献标识码：BResearchandSimulationofQuadrupedRobotGaitGenerationAlgorithmQUANZhen——hua(SchoolofInformationEngineering，South

3、westUniversityofScienceandTechnology，MianyangSichuan621010，China)ABSTRACT：Atranslationalgaitgenerationalgorithmhasbeenstudiedinordertomakethequadrupedrobotwalkonunevenground．Firstly，thewalkingmechanismmodelofquadrupedrobotwasbuild．LegactionsequeneeWasdeter—mined

4、accordingtothediagonalprincipleofstaticstability．Secondly，robotposeabouttranslationalgaitWascaleulat—edinagaitcycleaccordingtotherobotmovingdirection．theinitialpositionandunevengroundSOastorealizethecontinuousoftranslationallinearwalkinggaitalgorithm．Robotineach

5、gaitcyclecanstrideacrossoutaslargeaspos-siblebyconsideringtheinstitutionalconstraintsandthestatevariablesoftherobot．Thisalgorithmrealizedthemaxi-mizationofthewalkingefficiencyofquadrupedrobot．Finally，thecorrectnessofthealgorithmWasverifiedbysimula·tion．Simulatio

6、nresultsareusefulforresearchandrealizationofthequadrupedrobotgaitgenerationalgorithm．KEYWORDS：Quadrupedrobot；Staticstability；Diagonalprinciple；Gait；Pose；Stride1引言足式机器人的运动是通过腿(脚)的连贯动作来实现的。按一定规则腿(脚)的运动称为步态。与轮式机器人或履带式机器人相比，足式机器人能适应非结构环境，立足点是离散的点，可以在可能到达的地面上选择最优支撑点，

7、实现崎岖不平等恶劣状况路面上的行走。足式机器人在军事运输、海底探测、矿山开采、星球探测、教育及娱乐等行业具有有广阔的应用前景，多足步行机器人技术一直是国内外机器人领域的研究热点之一。四足步行机器人是机器人的一个重要分支，四足机器人比两足步行机器人承载能力强、稳定性好，又比六足、八足步行机器人结构简单。机器人步态生成方法是四足机器人研究中的重要内容。早期研究设计的四足机器人步态大多表现为按固定模式动作，这类步态只能满足机基金项目：国家自然科学基金资助项目：11176031收稿日期：2014—04—19器人在平坦路面行走的

8、要求。如何使多足机器人适应复杂地面状况的运动是步态生成与控制的目标，是目前众多研究人员研究的课题⋯。本文以四足宠物机器狗爱赛比为建模对象，构建立了四足机器人运动机构简图，以静态稳定性的对角线原理为基础，推导了平动步态在一个周期中的最大步幅，研究并通过仿真验证了一种四足机器人在不平坦地面爬行时的平动步态生成算法。2四足机器人步行机构