基于离散化的六足机器人自由步态规划

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1、分类号：密级：UDC：编号：201331204002河北工业大学硕士学位论文基于离散化的六足机器人自由步态规划论文作者：王琰学生类别：全日制学科门类：工程硕士学科专业：机械工程指导教师：张建畅职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMechinicalEngineeringHEXAPODFREEGAITGENERATIONBASEDONDISCRETIZATIONbyWangYanSupervisor:Pr

2、of.ZhangJianchangMarch2016摘要六足机器人是人类根据自然界六足昆虫的生理结构设计而成，自问世以来，便成为机器人领域的一大热点，受到科研人员的高度关注。六足机器人由于其冗余的肢体结构，能在多种非结构地形下平稳行走，这使六足机器人在对独立性、可靠性要求比较高的环境中工作时更容易胜任，如野外侦探、水下搜寻以及太空测查。本论文以六足机器人的步态规划为主要研究内容，针对步态规划中存在的问题，如六足机器人的自由步态能根据各种地形调整迈腿顺序和时间适应环境，但是算法相对复杂，计算量较大，而简单易控制的三角

3、步态在平坦路面上能快速稳定行走，在非结构环境中实用性较差，提出一种基于离散化的自由步态算法。本算法结合六足机器人步态规划中自由步态和三角步态的优势，使机器人能够在复杂路面上(既有平坦路面又有障碍物)能自由高效地行走。主要创新工作和成果如下：1.根据日本弓背蚁的生理结构设计了仿生六足机器人的机体结构，在此基础上建立了运动学模型，对单腿位姿与关节转角之间的关系进行了求解。在虚拟样机中对机器人姿态调整和三角步态行走进行仿真，验证了结构设计的合理性。2.分析了仿生六足机器人运动过程中的足端可达区域，得出足端可达区域为扇形体

4、，在此基础上采用差值法计算了仿生六足机器人足端轨迹，仿真分析可知取得的机器人的足端轨迹光滑，运动平稳。3.提出了基于离散化的自由步态。在平坦地面上，仿生六足机器人以第一模式步态-高速的三角步态行走；在非平坦地面上(如路面上有凸起的石块、或者凹陷的壕沟等障碍物)，启用第二模式步态越过障碍。第二模式步态基于步态的离散化模型，可根据障碍物大小，调整步幅。4.搭建了六足仿生机器人实验平台，对机器人的单腿运动能力进行了实验，同时对机器人在在平坦路面和非平坦路面进行了实验，验证了六足仿生机器人步态规划的合理性。关键词：六足机器

5、人步态规划离散化IABSTRACTAsaresearchhotspotofrobotics,hexapodrobottechnologyhasalwaysbeenconcernedbymanyresearchers.Hexapodrobotshavetheabilitytoadapttheterrain,walksteadilyandhaveredundancyinthelegs,whichmakethemsuitablefortaskswhichhavestrictdemandsforindependencyan

6、dreliabilitysuchasspyinginthewild,searchingunderwaterandexploringtheouterspace.However,therearesomeproblemsingaitplanning.Forexample,freegaitalgorithmoftherobotcanbeadjustedaccordingtothesequenceofthelegsandtimetoadapttotheenvironment,butthealgorithmisrelative

7、lycomplexandmorecalculation;hexapodrobotcanwalkquicklystableonflatsurfacewiththetrianglegaitwhichcanbecontrolledsimplyWiththisproblems,thispapermainlystudiesanalgorithmtomakerobotefficientlyfreedom-walkinthecomplexenvironmentwheretherearebothflatsurfaceandobst

8、acles.Themaininnovationworkisasfollows:Firstly,AccordingtothephysiologicalstructureoftheJapanesecarpenterant,asix-leggedrobotisdesigned.Thekinematicsmodelisestablishedandtherelatio