brachiation机器人的运动控制综述

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1、Brachiation机器人的运动控制综述吴伟国，顾夏东(哈尔滨工业大学机电工程学院，150001哈尔滨)摘要：Brachiation机器人是模仿灵长类动物长臂猿摆荡抓握树枝运动的一类机器人。摆荡抓握树枝运动综合了非线性、欠驱动、非完整约束等诸多挑战性问题，是灵长类仿生机器人研究的一个热点。从仿生运动原理对长臂猿摆荡运动进行认识和分析。同时从生物和机械的角度，综述Brachiation机器人运动控制的研究现状。提出了基于大阻尼欠驱动的控制策咯。总结仿生摆荡抓握树枝运动控制屮有待解决的若干问题，并对今后摆荡抓握树枝运动机器人的

2、控制进行了展望。关键词：灵长类仿生机器人；欠驱动；非完整约束；摆荡运动中图分类号：AreviewofmotioncontrolforthebrachiationrobotWuWeiguo,GuXiadong(SchoolofMechanicalEngineering,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001,China)Abstract:Thebrachiationrobotisaclassofrobotsimitatingtheswinging-graspingbranchesmot

3、ionforgibbons・Themotioncontrolofswinging-graspingbranches,whichhasbeenahotspotinthesubjectofprimatesbionicrobotics,integratesmanychallengingproblemssuchasnonlinearcontrol,underactuated,nonholonomicconstraintsandsoon.Weunderstandandanalysistheswingingofgibbonsfromth

4、ebionicmotionprinciple.Wereviewtheresearchstatusofmotioncontrolforthebrachiationrobotfrombothbiologicalandmechanicalviews.Severalproblemswhichrequirefutureinvestigationofswinging-graspingbranchesmotioncontrolarediscussedintheendofthispaper.Meanwhilethefutureresearc

5、hdirectionsofswinging-graspingbranchesmotioncontrolforprimatesbionicrobotsarepointedout.Keywords:Primatesbionicrobot;Underactuated;Nonholonomicconstraints;Swingmotion臂力摆荡运动是灵长类动物的一个重要移动方式。1引言灵长类动物等自然界生物经过千百万年的白然选择，在组织结构、环境适应、运动方式等方面具有高度的合理性。灵长类动物是最接近人类的一种高等哺乳动物，所具备

6、的运动形式包括双足步行、四足步行、跳跃步行以及悬臂攀援运动与四足攀爬运动等⑴。灵长类仿生机器人的研究目地是通过机械与智能控制等手段实现运动仿生悬臂运动，了解其物理结构和运动方式的合理性，促进相关学科的发展。灵长类动物运动效率高并有着优美的运动曲线，原收稿FI期：作者简介:吴伟国(1966-),男，教授，博士生导师通信作者:吴伟国，wuwg@hit.edu.cn因在于运动时关节的高度耦合，善于通过耦合关系完成力的传递。一些学者研究发现，灵长类动物关节的运动耦合和机器人驱动关节与欠驱动关节的动力学耦合有许多类似之处⑵。欠驱动机器

7、人是独立控制输入少于系统自由度的机器人〔II,具有质量轻、能耗少、成本低等众多优良特性。受灵长类动物的启发，将欠驱动应用于Brachiation机器人来实现优美、高效的运动。基于仿生学“运动仿生”的Brachiation机器人模拟的是灵长类动物长臂猿的摆荡抓握树枝运动，即靠双借交替摆动轮次抓握树枝來前进。通过対Brachiation机器人摆荡抓握桁架杆的运动控制研究，为灵长类仿生机器人在非连续介质下移动的研究提供依据。鉴于此，本文将综述Brachiation机器人摆荡抓握树枝运动控制的研究现状。2长臂猿摆荡运动的认识和分析反

8、臂猿反期生活于SZ杂的森林中，主要通过臂力摆荡抓握树枝在复杂的森林环境中快速有效地移动。在运动过程中，长臂猿利用胸肢來支撑整个身体重量，通过上肢来移动并且没有下肢和尾部的帮助而中断其悬臂摆荡运动，如垂直攀爬®叫长臂猿的臂力摆荡有两种模式：连续抓握的臂力摆荡和飞跃的臂力摆荡，如图1所示。两种