200901四足机器人的步态仿真研究

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1、万方数据机器人现代制造工程2009年第1期四足机器人的步态仿真研究楼敏(浙江机电职业技术学院，杭州310053)摘要：在对一种四足机器人的设计和步态规划后，通过仿真技术分析它的适应环境能力和承载能力。在四足步行机器人初始结构参数基础上，用三维软件Pm／E建立机器人仿真模型。该机器人的摆动腿是一种串联机构，在行走过程中，每个腿起到摆动前进和支撑的作用。将模型导人仿真软件完成行走过程，以稳定性为评价指标对机器人进行优化和评价，最后在一定路面上进行一定量的承载和适应环境方面的分析，为智能化机器人提供一种分析方式。关键词：四腿机器人；虚拟仿真；步态设计中图分

2、类号：TP242文献标识码：A文章编号：167l—3133(2009)Ol—0029—04Thevirtualsimulationoffbur．fbotedrobotbasedonthesoftwareofADAMSLOUMin(ZhejiangInstituteofMechanical&Elect—calEn舀neering，Hangzhou310053，CHN)Ab巾md：AfbIIr-f曲tedrobotisd鹤ignedandjt8cfawlgaitispro伊猢ed，carryingcapacity蚰dsuita山leenViro啪enta

3、labiIityhavebeen蚰aJyzedbyway0fsimulationtechnology．0ntheba∞0finiti撕vestnIctur“p叽meter0fthefbIlr—f硇tedwaJkingro一妇，3Dmbot8imulationmodelis眦讨ebytIlesoftware0fP∥E，duringtllec伽r鸵0fitswaJking，山es诵ngle铲f0珊aserial8trlJctulle，everylegisusedtosupponwei曲t卸dstepfbr啪rd．，I．1IemodelisputintJl

4、esoftwa陀ofADAMStoachieVethewaJkbyadding姗晡ctiom龃ddynamicalaIlalysisusingaB丽esfo册ofpace删ysis．ThembotstmctureisoptiIIlized而thnexjbility鹊tlleevaluationc—teri伽，throughtlleaIlaly8i8ofstability卸dtlleinfluenceofeverypaJt’smotionwhichbroughtin山eprocess0frobotwalkona“ndofPavementstmcture

5、，whichpmVidesacademichelpfhtheresearchofinteUectualizedmbot．Key唧ords：four-fbotedrobot；virtuaJsimulation；gaitdesi印在自然界或者人类社会中，存在人类无法到达的地方和可能危及人类生命的特殊场合，如T地、防灾救援现场等许多领域，对这些复杂环境的不断探索和研究往往需要有机器人的介入。腿式系统有很大的优越性：较好的机动性，崎岖路面上乘坐的舒适性，对地形的适应能力强。所以这类机器人在军事运输、海底探测、矿山开采、星球探测、残疾人轮椅、教育及娱乐等众多行

6、业，有非常广阔的应用前景，多足步行机器人技术一直是国内外机器人领域的研究热点之一【1．2]。但由于机器人数学描述的复杂性，使得在机器人运动学、动力学分析方面显得较为困难，计算机虚拟仿真技术在该领域的应用为机器人的运动特性分析提供了依据【2J。本文建立一种四足步行机器人模型。在规划该机器人的直线爬行步态后，利用虚拟样机软件MsC．ADAMs，对机器人的爬行步态进行动力学仿真，得到机器人各个关节相关物理量的变化曲线。通过仿真验证步态规划的合理性，同时将该模型投入到一定形状的模拟路面，分析机器人的稳定性等特性，为机器人分析提供一种良好的途径。1四足机器人步

7、态规划1．1机器人结构的建立人们对四足机器人的各种运动步态进行了大量的研究和实践。本文涉及的机器人由一个机身和四个腿组成，整体结构如图1所示。它是一个对称的模后腿一o前腿：图l机器人结构示意图为Z的正方向。万方数据现代制造工程2009年第1期机器人机器人腿部为连续转动式腿机构，如图2所示，其腿部结构尺寸为：髋关节长度Z。=15mm；大腿关节长度Z2=28mm；小腿关节长度‘=24咖，其中每一部分都可以以一定角度转动或者摆动，髋关节沿着自身轴心转动，大腿关节和小腿关节分别绕D。、D：转动。初始状态大腿关节轴心沿着X方向，小腿关节平行于y方向垂直于X方向

8、。图2机器人腿部结构1．2机器人步态分析通过对步行机器人进行稳定性分析，选择合理的摆动腿顺序，可以生成各种各