四足机器人的变步幅平面步行研究

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1、万方数据-

2、1图分类弓UDCTP242．2681．5硕士学位论文学校代州!!!§三3密级坳二四足机器人的变步幅平面步行研究ResearchonaQuadrupedRobotWalkingwithVariableStepsonPlane作者姓名：学科专业：研究方向：学院(系、所)：指导教师：邹铁庚机械工程机械电子工程机电工程学院王恒升教授论文答辩日期塑笪：坚：17答辩委员会主席中南大学二0一四年五月万方数据学位论文原创性声明本人郑重声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经

3、发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。作者签名：社隰毕年』月』日学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版；本人允许本学位论文被查阅和借阅；学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其它手段保存和汇编本学位论文。保密论文待解密后适应本声明。作者签名：自避日

4、期：k!生年』一月__￡日月6日万方数据四足机器人的变步幅平面步行研究摘要：智能机器人技术随着人类科技的进步而飞速发展，有人预言21世纪将是“机器人时代”。如核电站事故等恶劣环境，人类没办法进入现场采取补救措施，此时智能机器人就能发挥重要作用。轮式、履带式机器人对复杂环境的适应能力有限，足式机器人由于使用足端点来支撑身体，因此对复杂环境的适应性有先天的优势。足式机器人结构和控制系统设计对机器人的性能起着关键性作用。在研究总结了一些学者在双足、四足、六足以及多足机器人结构设计的一些成果的基础上，开发出了一种新的四足机器人结构。本文设计了带有后脚脚掌的四足机器人，在建筑结构

5、损坏的室内空间有更强的运动灵活性。其臂展更长，能够在必要时提供更佳的稳定性。在机器人躯干中设计了一个液压驱动的关节，通过和脚掌设计的结合，扩展了机器人的功能。针对足式机器人步行稳定性差、能耗高及机械结构冲击大的问题，提出了基于重心稳定的四足机器人变步幅的直线行走算法。以往的机器人步态设计考虑到了机器人重心速度的均匀性或者由于对角三角形转换点的存在而只考虑机器人重心的能量稳定性，没有解决重心速度均匀性和能量稳定性之间的矛盾。本文通过预测机器人后两步的运动情况，提前调整机器人步幅，保证了机器人运动过程的稳定性。通过对每条腿的运动进行时序规划，镇定时间的设定，既有效解决了对角

6、三角形转换点的问题，也进一步减少了机器人行走过程中的重心抖动，防止了误差积累引起偏离设计轨迹的问题。在重心稳定的四足机器人变步幅直行算法的基础上，本文设计了一种能够依据步行终点确定圆弧行走过程运行轨迹的方法。机器人行走的轨迹被设定为以某点为圆心的圆弧。设计的变步幅圆弧行走算法使得机器人不需要再在转变步行状态(圆弧行走或直行)时停止运动，而能够始终保持设定的重心运动速率。即使在圆弧行走过程中，机器人也能够保证重心轨迹的平滑性和运动速率的均匀性。基于虚拟样机技术搭建了Adams和MATLAB联合仿真程序。在MATLAB／Simulink中依据算法的实现方法，建立了控制、运动

7、学解算、模型三个模块。用Stateflow设计了时序控制，由于很多过程只是在某一时刻执行，因此减少了仿真过程的计算量，加快了仿真速度。仿真结果证明了直行和圆弧行走算法的正确性，程序的模块化设计也有利于后续更复杂程序的开发。设计了一种无冲击的足端轨迹算法，进一步减小了四足机器人足端在接触地面时的冲击力。对这种轨迹在四自由度机械臂上进行了实验，证明了该算法的正确性与实用性。关键字：四足机器人；平面行走；变步幅；重，b稳定；时序规划分类号：TP242．2II万方数据ResearchonaQuadrupedRobotWalkingwithVariableStepsonPlane

8、ABSTRACT：Withtheprogressof’scienceandtechnology．theintelligentrobottechnologyhasdevelopedrapidly．Somepeoplepredictedthatthe21stcenturywillbethe’’robotera”．Insuchabadenvironmentasnuclearpowerplantaccidents，humancouldnottakeremedialmeasuresonthespot，inwhichtheintelligentrob