基于adams的仿壁虎机器人步态规划及仿真

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1、第卷第期机器人年月：基于的仿壁虎机器人步态规划及仿真阮鹏;，俞志伟，张昊，张晓峰;，戴振东（南京航空航天大学仿生结构与材料防护研究所，江苏南京；南京航空航天大学机电学院，江苏南京）摘要：分析了一种仿壁虎机器人的机械结构及其运动学原理，通过对壁虎运动行为的研究，规划了一种仿壁虎的墙面爬行对角步态．利用对机器人沿垂直壁面爬行的运动进行了仿真，分析了模型质心位移、关节转矩以及足部与壁面之间的接触力等参数．最后通过实验分析，验证了结构设计、步态规划的合理性，所选择的电机符合设计要求．关键词：仿壁虎机器人；爬壁机器人；步态规划；中图分类号

2、：文献标识码：文章编号：;，，，;，引言（）复合材料，其中和可以在倾角为±和±的表面爬行[]．斯坦福大学的等壁虎是一种可在地面、陡壁、天花板等不同法向面上灵活运动的四足动物．仿壁虎机器人就是人组成的研究小组开发出模拟蟑螂的爬壁机器人模仿自然界中壁虎的精巧结构、运动原理和行为方，此机器人通过脚上的倒钩刺“扣”住粗糙壁面凸缘实现爬壁[]．最具代表性的是研式的机器人系统．这类机器人具有轮式和履带式机发小组开发出的一种仿壁虎机器人[]．这器人所没有的优点，可以相对容易地跨越较大的障碍（如沟、坎等）[]．传统爬壁机器人的吸附原理和移款机器

3、人可以在光滑的表面爬行，粘附材料不具有动机理与真实壁虎没有实际联系，其缺点限制了它自清洁的效应，机器人在外形上虽然比较接近真实的应用环境和工作范围．壁虎的吸附原理及移动方的壁虎，但其每条腿只有个自由度，身体结构简式为突破传统爬壁机器人的限制提供了新的思路．单，步态规划与真实壁虎的运动形式并没有关联性．仿壁虎机器人具有很强的运动灵活性，同时对行走国内，南京航空航天大学仿生所对壁虎脚底刚毛结地面要求低，有广阔的发展前景[]．构和爬行步态进行了研究，制备了一种支杆长为国外，近年来美国的卡耐基梅隆大学研制了、直径为、基底厚度为、密集一系

4、列采用类壁虎刚毛群吸附技术的爬壁机器人度为根的仿壁虎粘附阵列，与硅片间的粘、履带式爬壁机器人、．该系附力最高达[]．北京航空航天大学机器人列机器人脚掌采用类壁虎脚掌刚毛结构的干黏附所研究了爬壁机器人的机构及运动控制等方面[]．基金项目：国家自然科学基金重大国际合作项目（）；国家计划资助项目（）；国家自然科学基金资助项目（）；江苏省自然科学基金资助项目（）；中国科学院固体润滑国家重点实验室开放基金资助项目；南京航空航天大学引进人才科研启动基金资助项目（）．通讯作者：俞志伟，收稿／录用／修回：机器人年月本文以壁虎为原型，研制了一种能

5、在维空间人控制系统中实时调整机器人的行走步态，躲避或内自由运动的机器人．该仿壁虎机器人与壁虎的身跨越障碍，使机器人在地面爬行时具有更强的适应体结构相似，每条腿具有个自由度（个主动驱性．动自由度，个被动约束自由度），可以模仿壁虎的任意运动姿态．通过对壁虎爬行运动进行研究，设计了一种仿生物的爬行步态．利用动力学分析软件并结合实验研究对仿壁虎机器人结构设计的合理性、步态规划可行性进行了分析．机器人机构设计（）通过对壁虎身体结构和运动规律的长期研究[]，设计了一种仿壁虎机器人，其维模型如图所示．图仿壁虎机器人维模型该机器人采用足正向对称

6、布置方式，腿的主平面与前进方向垂直，每条腿具有个自由度（个主动运动学分析（）驱动自由度，个被动约束自由度）．负责抬腿和放仿壁虎机器人是一个多刚体系统，满足牛顿腿动作的号电机及其驱动关节直接与机器人本体欧拉方程：相连，完成在垂直平面的旋转运动．号电机和号电机主要负责完成脚掌在平面内的运动，实现脚掌=¡å(+)=在较大区域范围内的定位．号电机和号电机等w同于一个自由度的铰链，对应于壁虎身体（）+w£(w)=¡å[(+)+=与股节（）之间的关节，号电机对应于壁£(+)]虎股节（）与胫节（）间的关节．图中的电机与结构件布局方式减少了机构

7、间的运动干其中=;¢¢¢;，、是力和力矩，是关联矩涉，最大限度地增加了脚掌能够抬起的最大高度和阵，表示质心位置，上标、、分别表示外力作脚掌在平面内的运动范围．该仿壁虎机器人的足端用、铰链处的相互作用和铰链处的理想作用．装有维力传感器，足与传感器之间采用球铰链的以机器人的右前腿为例，可以把它看作一个方式进行连接．这种具有力感知的仿生腿结构可以自由度的机械臂，每个关节都是一个转动副．在腿使机器人通过力传感器检测地面状况，反馈到机器的摆动相，腿部运动系统为开环机构．将基坐标系图右前腿坐标系第卷第期阮鹏等：基于的仿壁虎机器人步态规划及仿

8、真fg固定在号电机转轴处，平面与机身平坐标系fg零点间的距离为．连杆、连杆、连杆行，轴方向为机器人前进方向，轴方向与机身的长度分别为、、．定义末端的执行件（脚垂直．利用和提出的方法建掌）的位姿为f;;;g，其中足端点在基坐标系立如图所示的坐标系．设号电机、号电机