高性能液压驱动四足机器人 scalf 地设计与实现

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1、第36卷第4期Vol.36,No.42014年7月机器人ROBOTJuly,2014DOI：10.13973/j.cnki.robot.2014.0385高性能液压驱动四足机器人SCalf的设计与实现柴汇，孟健，荣学文，李贻斌（山东大学控制科学与工程学院，山东济南250061）摘要：详细阐述了液压驱动的四足仿生机器人SCalf的结构组成、机载动力系统、液压驱动器和实时控制系统．利用基于姿态解耦的运动控制方法，实现了机器人的平稳、快速运动．开发了基于足底接触力的腿部柔顺控制方法，提高了机器人对复杂地形的适应能力．在实际运行实验中，验证了SCalf机器人在非平整路面、易打滑路面

2、、上下坡及上楼梯状况下的运动能力，以及受到侧向冲击时的抗扰动能力和自主平衡能力，证明了SCalf四足机器人能够满足较为复杂地面环境下的行走需求．关键词：四足机器人；液压驱动；柔顺控制；平衡控制中图分类号：TP24文献标识码：A文章编号：1002-0446(2014)-04-0385-07DesignandImplementationofSCalf,anAdvancedHydraulicQuadrupedRobotCHAIHui，MENGJian，RONGXuewen，LIYibin(SchoolofControlScienceandEngineering,ShandongU

3、niversity,Jinan250061,China)Abstract:AnadvancedhydraulicquadrupedrobotnamedSCalfisintroduced,anditsmechanism,onboardpowersystem,hydraulicactuatorsandreal-timecontrolsystemarepresented.Byusingalocomotioncontrolbasedonattitudedecoupling,SCalfcanmovefastandstably.SCalfisalsoabletoadapttocompl

4、exterrainsbasedonalegcompliantcontrolsystemwithcontactforcesensorsonitsfeet.NumerousexperimentsshowthatSCalfcansafelywalkthroughvariouscomplexterrainsincludingroughterrain,slipperyterrain,slopeandstairs.Theself-balancingofSCalfundersideimpacthasalsobeenexperimentallyverified.Alltheseresults

5、demonstratethewalkingabilityofSCalfoncomplexterrains.Keywords:quadrupedrobot;hydraulicactuating;compliantcontrol;balancingcontrol1引言（Introduction）用液压驱动或电液混合驱动，具有12～16个主动运动自由度，能够以动步态行走或奔跑，具有很强亿万年生物进化的结果表明，陆生大型动物基或较强的移动能力、野外地形适应能力和自主平本上都是四足形式，四足哺乳动物的运动形式在复衡能力，已经基本可以作为野外腿足式移动平台使杂地形适应能力、运动灵活性方

6、面较其他移动形式用．具有十分巨大的优势[1]．在腿足式机器人研究领近年来国内开展的四足机器人研究也逐渐开始域，综合其机构复杂度和稳定性，四足机器人是一注重移动平台的适应性和实用性．哈尔滨工业大种较优的选择方式[2]．因此，以四足哺乳动物为仿学[13-14]、上海交通大学、国防科技大学以及北京理生对象，构造具有大负载能力、高动态性和复杂环工大学均研制出了配备有机载动力源、具有一定地形适应能力的液压驱动腿足式移动机器人平台[15]．境适应能力的高性能四足仿生机器人，一直以来都是研究人员关注的焦点问题．这些机器人平台较以往的腿足机器人平台最大的区随着动力源、执行器以及传感器等技术

7、的发别在于，可以利用自身的动力源走出实验室，在室展，以BigDog[3-4]为代表，欧美相继出现了四足支外、甚至是野外环境，依靠自身的适应能力和平衡援系统（LS3）[5]、HyQ[6-7]等高性能四足仿生机器能力进行移动．人，亚洲的日本、韩国等制造业发达国家也开始了山东大学机器人研究中心在以往四足机器人平这方面的研究、开发工作[8-12]．这些机器人大都采台，以及四足动物运动的研究基础上，围绕适用于基金项目：国家自然科学基金重点资助项目（61233014）；国家863计划资助项目（2011AA041001）；国家自