四足机器人在崎岖路面的路径规划和稳定行走研究

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1、ClassifiedIndex:TP242.6U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONPATHPLANNINGANDSTABLEWALKINGOFTHEQUADRUPEDROBOTONROUGHTERRAINCandidate：YuYiSupervisor：Prof.GuoWeiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：MechatronicsEngineeringAffiliation：SchoolofMe

2、chatronicsEngineeringDateofDefense:November,2012Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着机器人技术的快速发展，机器人面对的工作环境也变得越来越复杂，因此对机器人的环境适应性提出了更高的要求。在众多形式（如轮式、履带、足式等等）的地面移动机器人中，足式机器人以良好的崎岖环境适应性而受到研究人员的广泛重视，并且在灾后搜救、军事侦察、星际探索及反恐活动等诸多领域得到广泛应用。在足式机器人中，四足机器人以良

3、好的负载能力以及灵活的运动方式而受到众多机器人研究人员的关注，因此一直是足式机器人研究领域的热门研究对象。随着四足机器人工作环境的复杂化多样化，复杂环境中的路径规划和四足机器人的稳定性是其能否顺利完成任务的前提条件。因此，对四足机器人在崎岖路面的路径规划和稳定行走的研究具有重要理论意义和实践价值。本文将四足机器人作为研究对象，基于路径规划和稳定行走的相关算法，开展了面向四足机器人在崎岖路面上的路径规划和稳定行走方法的研究。首先，本文采用了A*路径搜索算法并获得了四足机器人过崎岖路面的多条备选路径。为了获得唯一的规划路径，提出了一种改进的A*算法，并对其进行

4、了数学分析，从而得到了其参数范围，稳定收敛域和可控可观性。在此基础上结合四个优化指标规划得到了一条较优的四足机器人行走路径。其次，在分析四足机器人运动学的基础上，推导了一般情况下四足机器人重心投影到支撑边界的距离表达式，并选择压力中心法（COP）作为稳定性判据；同时，选取适当的步态规划和运动控制方法使得其稳定性尽可能大。最后在ADAMS和MATLAB仿真环境中搭建针对四足机器人的实验平台，分别在多台阶转弯、崎岖路面和极限情况三种环境中进行仿真实验。实验结果验证了改进路径规划算法的合理性和四足机器人不同环境下运动控制的稳定性。关键词：四足机器人；路径规划；稳

5、定行走；A*算法；崎岖路面-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththerapiddevelopmentofrobotictechnology,therobothastofacethemorecomplexenvironment,sotheadaptabilityofitsenvironmentplaysamoreandmoreimportantrole.Intheformsofgroundmobilerobots,suchaswheeledrobot,caterpillartrackrobot,leggedrobotandsoon,d

6、uetothehigheradaptabilitytotheenvironmentoftheleggedrobot,ithavebecomethefocusoftheresearchersandalsohavebeenappliedinthefieldsofdisasterresearchandrescue,militaryreconnaissance,aerospaceexploration,counter–terrorismactivitiesandsoon.Becauseofitsgreaterloadcapacityanditsbetterflex

7、ibility,researchonquadrupedrobotsbecamethemostexcitingtopicsintherobotics.Withthecomplexityanddiversificationofthequadrupedenvironment,thepathplanningandthestabilityofthequadrupedaretheprerequisiteforitssuccessfullycompletingthetask.Sotheresearchofstablewalingandpathplanningoftheq

8、uadrupedontheterrainhasagreatimpo