六足机器人爬楼梯步态规划.pdf

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1、六足机器人爬楼梯步态规划孔子文，张世武，许晏(中国科学技术大学精密机械与精密仪器系，安徽合肥230027)GaitPlanningofaHexapodRobotinStairClimbingKONGZiwen，ZHANGShiwu，XUMin(DepartmentofPrecisionMachineryandPrecisionInstrument，UniversityofScienceandTechnologyofChina，Hefei230027，China)摘要：楼梯是移动机器人工作环境中最常见的探索和现代战争等场合。楼梯是最常见的障碍物复杂障碍物之一，也是衡量机器人在非结构化环境

2、之一，爬楼梯能力是移动机器人应具有的基本功中推进性能的一项重要指标。因此，分析了国内爬能。国内外现有的爬楼梯机器人按推进方式主要楼梯机器人的研究现状，设计了六足机器人Amphi—分为轮式、腿式、履带式和轮腿式等。Hex的四足步态，计算了四足步态的稳定裕度，并步态规划分析了四足步态在不同楼梯中的应用，最后通过实验验证步态规划是可行的，从而为机器人的系统设1．1机器人结构计和行为决策提供指导。六足机器人AmphiHex采用半圆腿为推进机关键词：六足机器人；步态规划；稳定裕度构，具有良好的环境适应性，能够适应平地、楼梯和中图分类号：TP242．6泥地等不同环境。机器人由驱动模块、变形腿模文献

3、标识码：A块、控制电路和防水壳体组成，左侧3条腿依次编号文章编号：1001—2257(2014)09—0077—04为1，2，3，右侧3条腿依次编号为4，5，6。机器人的Abstract：Asoneofthemostcomplexobstacle主要结构参数如表1所示。AmphiHex采用弧形腿inthecommonworkingenvironments，stairpres—为推进机构，每条腿仅有1个自由度，降低了控制的entsaseriouschallengetorobots’propulsionabili—复杂度。机器人在楼梯上运动如图1所示。tyinunstructuredenv

4、ironment．Thispaperinves—tigatesrecentresearchstatusofstair——climbingro。。bot，presentstetrapodgaitofahexapodrobotAm—phihex，describesthestabilitycoefficientcalcula—tionofthetetrapodgait，appliesthegaitplanningtodifferentstairclimbing，andverifythegaitplan—图1AmphiHex楼梯运动ningmethodinexperiments，whichof

5、fersguidanceonsystemdesignanddecisionmaking．表1六足机器人AmphiHex主要结构参数Keywords：hexapodrobot；gaitplanning；sta—外形尺寸(长×宽×高)844lTlrl×5681Tim×138mmbilitycoefficient身体尺寸(长×宽×高)795mm×388mm×90mm整体质量14．2kg单腿质量0．324kg0引言腿半径93mm移动机器人以其对复杂环境的适应能力，越来最大离地间隙140mm越多的被用于工业应用、海洋开发、家庭服务、太空1．2六足机器人的典型步态六足机器人在陆地上运动时，按照支撑

6、在地面收稿日期：2014—05—05上的腿的数量不同，可将步态分为三角步态、四足《机械与电子}2014(9)·77·六足机器人爬楼梯步态规划步态和波动步态[5]。这3种步态是六足机器人陆地提供推进力；在摆动相，腿以较快的角速度roy转动。运动最常用的步态，其中三角步态速度快，灵活性由于半圆腿在转动的过程中，旋转中心离地面的距高；波动步态速度慢，但稳定性好；四足步态介于以离是变化的，所以当支撑相结束时，处于摆动相的上两者之间。腿也应该结束摆动相，因此，半圆腿的运动应满足：六足机器人在运动时，腿的运动状态可以分为一一二(4)∞f∞s60s支撑相和摆动相。支持相是机器人的腿处于支撑或者着地的

7、状态，此时腿承受载荷并朝运动反方向2AmphiHex四足步态转动；摆动相则是指机器人的腿处于空中转动的不2．1四足步态的步态规划着地状态。用T表示机器人腿的运动周期，并且用t表示机器人的第i条腿处于支撑相的时间，则占六足机器人四足步态的灵感来自于蟑螂的运动，蟑螂在攀爬运动时会增加支撑腿的条数来维持空比屈可以用支撑相的时间t与运动周期T的比值来表示，即身体的稳定，由常规的三足支撑运动变为四足支撑运动。采用四足步态，六组昆虫或六足机器人可以一t／T