四足機(jī)器人的變步幅平面步行研究.pdf

1、智能機(jī)器人技術(shù)隨著人類(lèi)科技的進(jìn)步而飛速發(fā)展，有人預(yù)言21世紀(jì)將是“機(jī)器人時(shí)代”。如核電站事故等惡劣環(huán)境，人類(lèi)沒(méi)辦法進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)采取補(bǔ)救措施，此時(shí)智能機(jī)器人就能發(fā)揮重要作用。輪式、履帶式機(jī)器人對(duì)復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)能力有限，足式機(jī)器人由于使用足端點(diǎn)來(lái)支撐身體，因此對(duì)復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性有先天的優(yōu)勢(shì)。足式機(jī)器人結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)機(jī)器人的性能起著關(guān)鍵性作用。
　　在研究總結(jié)了一些學(xué)者在雙足、四足、六足以及多足機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一些成果的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出

2、了一種新的四足機(jī)器人結(jié)構(gòu)。本文設(shè)計(jì)了帶有后腳腳掌的四足機(jī)器人，在建筑結(jié)構(gòu)損壞的室內(nèi)空間有更強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)靈活性。其臂展更長(zhǎng)，能夠在必要時(shí)提供更佳的穩(wěn)定性。在機(jī)器人軀干中設(shè)計(jì)了一個(gè)液壓驅(qū)動(dòng)的關(guān)節(jié)，通過(guò)和腳掌設(shè)計(jì)的結(jié)合，擴(kuò)展了機(jī)器人的功能。
　　針對(duì)足式機(jī)器人步行穩(wěn)定性差、能耗高及機(jī)械結(jié)構(gòu)沖擊大的問(wèn)題，提出了基于重心穩(wěn)定的四足機(jī)器人變步幅的直線行走算法。以往的機(jī)器人步態(tài)設(shè)計(jì)考慮到了機(jī)器人重心速度的均勻性或者由于對(duì)角三角形轉(zhuǎn)換點(diǎn)的存在而只考慮

3、機(jī)器人重心的能量穩(wěn)定性，沒(méi)有解決重心速度均勻性和能量穩(wěn)定性之間的矛盾。本文通過(guò)預(yù)測(cè)機(jī)器人后兩步的運(yùn)動(dòng)情況，提前調(diào)整機(jī)器人步幅，保證了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程的穩(wěn)定性。通過(guò)對(duì)每條腿的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行時(shí)序規(guī)劃，鎮(zhèn)定時(shí)間的設(shè)定，既有效解決了對(duì)角三角形轉(zhuǎn)換點(diǎn)的問(wèn)題，也進(jìn)一步減少了機(jī)器人行走過(guò)程中的重心抖動(dòng)，防止了誤差積累引起偏離設(shè)計(jì)軌跡的問(wèn)題。
　　在重心穩(wěn)定的四足機(jī)器人變步幅直行算法的基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)了一種能夠依據(jù)步行終點(diǎn)確定圓弧行走過(guò)程運(yùn)行軌跡的方法。

4、機(jī)器人行走的軌跡被設(shè)定為以某點(diǎn)為圓心的圓弧。設(shè)計(jì)的變步幅圓弧行走算法使得機(jī)器人不需要再在轉(zhuǎn)變步行狀態(tài)（圓弧行走或直行）時(shí)停止運(yùn)動(dòng)，而能夠始終保持設(shè)定的重心運(yùn)動(dòng)速率。即使在圓弧行走過(guò)程中，機(jī)器人也能夠保證重心軌跡的平滑性和運(yùn)動(dòng)速率的均勻性?；谔摂M樣機(jī)技術(shù)搭建了Adams和MATLAB聯(lián)合仿真程序。在MATLAB/Simulink中依據(jù)算法的實(shí)現(xiàn)方法，建立了控制、運(yùn)動(dòng)學(xué)解算、模型三個(gè)模塊。用Stateflow設(shè)計(jì)了時(shí)序控制，由于很多過(guò)程只