六足机器人斜坡步态的设计.pdf

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1、六足机器人斜坡步态的设计李栓柱，钟建锋，程品，罗欣(华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室，湖北武汉430074)DesignofSlopeGaitforSix——leggedRobotLIShuan—zhu。ZHONGJian—feng，CHENGPin，LUOXin(StateKeyLaboratoryofDigitalManufacturingEquipmentandTechnology，HuazhongUniversityofScienceandTechnology，Wuhan430074，China)摘要：针对六足步行机器人在斜坡地形下行走且斜坡环境导

2、致支撑腿脚力分配不均，这对于机器的特殊情况，分析在该情况下影响机器人静态稳定人在大倾角斜坡环境下工作时的稳定性极其不利。性的主要因素，根据分析结果设计高稳定裕度的斜如何通过步态规划来提高多足机器人的稳定性是机坡步态；并利用ADAMS／Simulink联合仿真技术，器人研究的重要内容。Weingarten研究了六足机进行步态控制算法模拟仿真实验，结果表明了研究器人的自适应步态l】]，以RHex六足机器人为代表，工作的合理性与正确性。该机器人能够在沼泽、楼梯等环境下行走，有良好的关键词：六足步行机器人；静态稳定性；斜坡步表现；但其体积较小、易倾翻，并不能安全平稳地在态；A

3、DAMS／Simulink联合仿真山地斜坡环境下行走。Gorner的TheDLR—中图分类号：TP242．3Crawler采用自由步态结合腿部柔顺控制方案_2]，文献标识码：A其体积小、地形适应性好且不易倾翻，但不具有有效文章编号：1OO1—2257(2013)03—0053一O4的负载能力。Wettergreen对DanteII型六足机器Abstract：Themainfactorsaffectstaticstabili—人做了基于行为控制的自由步态的研究L3]，该型机tyofasix—leggedrobotwhichiswalkingonslope器人能够安全有效

4、地在水平非结构地形下行走，且terrainareanalyzed．Accordingtotheresultofthe具有一定的负载能力；但其仍然在大倾角斜坡环境analysis，slope—gaitisdesigned．Thegaitalgo—下仍然存在局限性。rithmisrealizedbyADAMSandSimulinkCO—将分析六足机器人在大倾角斜坡地形下与水平simulation，whichresultsverifythattheproposed地面行走情况的不同之处，针对斜坡地形设计出具methodisavailableandreliable．有高稳定裕

5、度的斜坡步态以确保机器人行走过程中Keywords：hexapodwalkingrobot；staticsta—的稳定型、负载安全性，并对该步态进行稳定性分bility；slope—gait；ADAMSandSimulinkCO—sim一析。1】atiOn1六足步行机器人的结构及稳定裕度定义0引言1．1六足步行机器人的结构六足机器人具有多足步行机器人的良好地面适针对机器人工作在斜坡地形的情况，采用典型应能力和步行灵活性的特点，同时能够承载一定的的六足机器人结构，其机身呈长方形结构，如图1所有效载荷，因而在高原山地大倾角斜坡环境下承担示。机身长度：4m，宽度一2．5m，

6、机器人机身物资运输任务具有突出优势。但是为了避免机身与重量M一3t，其工作环境的斜坡倾角0p一35。。山地崎岖地形发生碰撞，因而机身重心离地面高，并如图1中所示，∑。为地面固定坐标系，∑为收稿日期：2O12—11—13机身固定坐标系，原点与机身几何中心重合，XOY基金项目：国家自然科学基金面上项目(61175097)；华中科技大学教学质量工程项目平面与机身平行，y轴指向前进方向，z轴垂直于机《机械与电子}2013(3)·53·六足机器人斜坡身；机器人运动过程中，以地面固定坐标系∑。为在机器人的运动过程中，如果机器人的重心CG(centerofgravity)投影点始终

7、落在支撑多边形在参考点，∑原点的坐标描述了整个机器人在环境水平面的投影范围内，则认为机器人是稳定；CG投中的位置，∑的x轴、y轴及z轴方向向量表征机影点距离投影支撑多边形各边的最小距离为SsM器人的姿态信息。稳定裕度。机器人在上坡行走过程中受力，如图3所示，点P为机器人重心，将P投影点P到投影支撑多边形(n，a，⋯，a组成)所在平面内，其中最小值即为其SSM稳定裕度是：S=min()(1)lnaI其中，i，J一1，2，⋯，6。图1六足机器人整机机械结构腿部采用开链式杆结构，如图2所示，髋关节长度zn一300mm，小腿长度z2：900mm，大腿长度z。