浅析足端轨迹规划算法的液压四足机器人步态控制策略

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1、学兔兔www.xuetutu.com第49卷第1期机械工程学报Vo1．49NO．12013年1月JOURNAL0FMECHANICALENGINEERINGJan．2013DoI：10．3901／JME．2013．01．039基于足端轨迹规划算法的液压四足机器人步态控制策略水王立鹏王军政汪首坤何玉东(北京理工大学复杂系统智能控制与决策重点实验室北京100081)摘要：设计一种液压四足机器人仿生机构，通过设定相应的坐标系为机器人进行运动学建模，并对行走过程中单腿的相位关系进行了分析。针对行走过程中足端的拖地、滑动和接触冲击等问题，提出一种零冲击的

2、足端轨迹规划改进算法，并实现了步态规划算法设计。步态规划根据步态中各腿间的相位关系，借助四足机器人运动学模型进行逆运动学解算，求出各腿的关节角度函数，利用机构的几何关系得到各液压缸伸缩量控制函数，对试验样机各腿进行伺服驱动控制，从而实现液压四足机器人的步态规划行走。仿真试验结果表明，在该策略驱动控制下液压四足机器人行走过程连续平稳，样机足端轨迹较为平滑，躯干起伏较小，证明了该足端轨迹规划方法用于四足机器人步态设计的合理性和有效性。关键词：足端轨迹接触冲击步态规划四足机器人运动控制中图分类号：TP242StrategyofFootTrajecto

3、ryGenerationforHydraulicQuadrupedRobotsGaitPlanningWANGLipengWANGJunzhengⅥNGShoukunHEYudong(KeyLaboratoryofIntelligentControlandDecisionofComplexSystems，BeijingInstituteofTechnology,Beijing100081)Abstract：Inordertosolvethelegdragging，slidingandimpingementagainstthegroundofaq

4、uadrupedwalkingrobot，alowcontactimpactgaitplanningmethodwithparticularattentiononfootmotiontrajectoryisproposed．Afteranalyzingthelegphasesofafour-leggedmammalinwalking，thefoottrajectorygenerationmethodisusedforasingleleg．Byapplyingittofourlegsofthehydraulicallyactuatedbionic

5、quadrupedrobotthathasbeendesignedaccordingtypicalgaitsofmammals，awalkingpattemgeneratorisconstructed．Jointanglefunctionsaresolvedbyinversekinematicsemployinglegsphasesintypicalgaitsandthedisplacementforrodsofhydrauliccylindersbymechanism．Thereby,gaitsofprototyperobotcouldbed

6、rivenbytherelengths．Simulationexperimentsshowthattherobotwalksstablyatthespeedupto0．8m／sontheevensurface，thefoottrajectoriesaresmoothandtheundulationofbodyhassmallamplitude．Keywords：FoottrajectoryContactimpactGaitplanningQuadrupedrobotLocomotioncontrol制复杂程度比六足和八足机器人简单，所以四足机0

7、前言器人具有较好的综合性能【2J。因此，针对四足机器人设计、步态运动控制和环境适应性的研究，吸引机器人技术是近年来最活跃的研究领域之一。了越来越多的学者的关注。按照运动方式的不同，移动机器人可分为轮式、履在国外已报道的四足机器人中，日本电气通信带式和足式机器人等，相比于轮式和履带式机器人，大学研制的“Tekken”系列仿狗机器人L3J和美国波足式机器人对复杂地形和非结构化环境具有更强的士顿动力学工程公司的“Bigdog”机器人【4J比较具适应性L1J。而在足式机器人中，四足机器人的稳定代表性，其控制效果和运动性能是四足机器人中的性和负载能力大大

8、优于两足机器人，机构冗余和控佼佼者。但“Tekken”机器人尺寸较小、采用电动机驱动，致使其步行速度较低，且无负载能力方面国家高技术研究发展计划资助项