四足机器人步态时间顺序分析.pdf

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1、四足机器人步态时问顺序分析杨智，张伟，武海明，王学友(兵器工业卫生研究所，陕西西安710065)TimeOrderAnalysisofGaitforQuadrupedRobotYANGZhi，ZHANGWei，WUHai—ming，WANGXue—you(InstituteofHealthofChinaNorthIndustriesGroupCorporation，Xi’an710065，China)摘要：探讨了四足机器人在1个步态周期内四优越性L2]，如在核工业、化工行业代替工人进行检条腿的时间分布问题，通过对慢爬行步态、对角小跑测、检查；在办公室、医院、宾馆和家庭等从事

2、服务；步态、同侧小跑步态3种规则步态进行时间顺序分对建筑、大型船体、罐体进行清洗；在有毒环境下进析，建立了合理的步态时间顺序分析方法，并绘制了行自动焊接作业；用于未知星球表面的探测等L3]。这3种规则步态的时间顺序分布图。四足步行机器人是模仿四足动物运动形式，采关键词：时间顺序；步态周期；占地系数；四足支用腿式结构来完成多种移动功能的一类特种机器撑时间人。步态是四足步行机器人的一种迈步方式，是步中图分类号：TH122行机器人各条腿协调运行的规律，即各条腿的抬腿文献标识码：A和落腿顺序[4]。在此，研究了四足机器人在1个步文章编号：1001—2257(2013)10—0064

3、—03态周期内四条腿的时间顺序问题，就是四条腿占地Abstract：Thispaperdiscussestimeorderdis—时间在步态周期内的分布问题。tributionoffour——leggedinagaitcycleforquadru—-1时间顺序分析的方法pedrobot．Throughthetimeorderanalysisofthreerulesofgaitforslowcrawlgait，diagonaltrotting由于机器人的步态有规则步态和非规则步态之gait，ipsilateraltrottinggait，establishreasonable

4、分，又有对称步态和非对称步态之分。对称步态是methodofthetimeorderanalysisofgaitanddraw指机器人前双腿和后双腿中双腿在着地时间上相distributionmapsofthetimeorderforthreerules等，则机器人的这种步态被称为对称步态[5]。ofgait．规则对称步态可以分为3种：慢爬行步态、对角Keywords：timeorder；gaitcycle；areacoeffi-小跑步态和同侧小跑步态。每一种步态都有不同的cient；four—leggedsupporttime时间顺序问题。观察自然界的各类四足动物运动，可

5、以发现，大部分大型肢体动物都是按照1423的抬腿顺序来行0引言走，如图1所示。分析原因是这种抬腿次序在静态机器人技术的发展是一个国家高科技水平和工慢爬行时，具有最少的重心调整量，并且这样的步态业自动化程度的重要标志和体现。机器人技术是综的效率也是最高的。因此，选择这种抬腿次序的四合了计算机、控制论、机构学、信息与传感技术、人工足机器人稳定性最好。智能和仿生学等多学科而形成的高新技术，集成了多学科的发展成果，代表了高技术的发展前沿，是当前科技研究的热点方向[1]。随着计算机技术、传感器技术的发展，国际上移动服务机器人的研究与开ll发速度明显加快，同时人们也注意到移动机器人的一

6、一一一4L21--~4+2+3收稿日期：2013—04—27图1四足机器人慢爬行步态1423抬腿次序·64·《机械与电子>2013(10)四足机器人步态时间顺序分占地系数是指机器人每条腿接触地面(即处于2慢爬行步态时间顺序分析支撑相)的时间和1个步态周期的比值。占地系数8对四足机器人四条腿在1个步态周期Tc的分布用上面建立的方法，可以画出一个步态周期内，如图2～图5所示。分布图是基于慢爬行步态下选机器人四条腿的时间分布状况。现在只是需要把具定的1423抬腿次序，以及所设定的每条腿抬腿时间体的抬腿次序扩展到任意的抬腿次序，这就能使慢Ts值所计算好的T值和T值。可以作出图2～爬

7、行步态的时间分布对不同的抬腿次序有了普遍图5几个不同值下的慢爬行步态时间顺序。性。因此，可得到慢爬行步态时间顺序分布如图6所示。腿工L4工3L2恤3厶zTc1图2口一O．8O下慢爬行步态各腿时间顺序分布0l腿三t／s厶图6慢爬行步态时间顺序分布厶工2图6中着色的部分是每条腿占地时间，空白部上，分是抬腿时间。1，2，3，4分别为抬腿的次序，并不01234567re／s代表具体的某条腿；t，t。，t。，t分别为每条腿的落图3一0．85下慢爬行步态各腿时间顺序分布地时间点；tt。，t。。，t分别为每条腿的抬腿时间点。图6