四足步行机器人步态规划与稳定性分析.pdf

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1、四足步行机器人步态规划与稳定性分析智能工程林砺宗，张松，王启春，李志豪(华东理工大学机械与动力工程学院，上海200237)GaitPlanningandStabilityAnalysisofQuadrupedWalkingRobotLINLi—zong。ZHANGSong，WANGQi—chun·LIZhi—hao(SchoolofMechanicalandPowerEngineering．EastChinaUniversityofScienceandTechnology·Shanghai200237，China)摘要：通过对各种步态详细的分析和讨论，得出以及

2、何时落地等。对于关节空间轨迹规划，规划函了稳定行走的最佳步态。为了得到稳定、易于控制数生成的值就是关节量，而直角坐标空间轨迹规划的机器人系统，研究和分析了四足机器人的静态稳函数生成的值是机器人末端执行器的位姿，它们需定性，并给出了系统稳定性的判断方法。要通过求解逆运动学方程才能转化为关节量。关键词：四足步行机器人；步态规划；静态稳定2步态分析性中图分类号：TP242根据运动过程中占空比的不同，把运动步态文献标识码：A分为3种[2]：行走(0．75)；疾走(o．5~

3、)。其中行走步态是稳定步态，疾走和Abstract：Throughdetailedanalysisanddis—飞奔是不稳定步态。稳定步态时，其运动的任一时cussiontOavarietyofgaits，aoptimalstabilitygait刻至少应有3条腿与地面接触支撑机体，且机体根hasbeenacquired．Basedonresearchandanalysis据稳定区间作适当的调整，使重心落在3足支撑点ofthequadrupedrobot’Sstaticstability，inordertO构成的三角形区域内。在行走的时候，4条腿轮流obtai

4、nstableandeasycontrolsystemstOtherobot抬跨，不断改变足落地位置，构成新的稳定三角形来andgaveanassessmentmethodofthesystemsta—保证稳定。此种运动过程是占空比O．75的行走bility．步态，能够使机器人系统在行走时维持比较好的稳Keywords：quadrupedwalkingrobot；gait定性。四足步行机器人主体框架结构为长方形的结planning；staticstability构口]，如图1所示，分为左前腿、右前腿、左后腿和右后腿。图1中X为其前进方向上足1和足2之间的距离，

5、且X≤L／2。L为前后腿之间的距离。4条1步态规划腿依次序各迈1次，根据排列组合共有A：一24种步态是行走系统的迈步方式，即行走系统抬腿可能的步态。和放腿的顺序。机器人的步态从一定程度上描述ForwardI／了、同时也决定着机器人的运动速度、运动方向、安／／／7全可靠性及机动性。在选择或制定步态时应综合考虑机器人的稳定性要求、机体运动的连续性、行走壁面情况、速度要求和能量消耗及控制的难易性等种种因素。四足步行机器人的步态规划[1]，是指机器人图1四足初始位置行走过程中其各组成部分运动轨迹的规划，比如脚达到一定的稳定裕度时，机器人行走得越快、所掌何时离开地面、摆

6、动相中整个脚掌在空中的轨迹消耗的能量越少，该步态就越佳Ⅲ。一个步态周期收稿日期；2009—09—08分为迈腿时间和调整时间。行走快慢和绝对跨距的《机械与电子~2010(1)·53·大小、迈腿时间及重心调整量有关。迈腿时间越小越好，但这仅和机器人的机械性能有关与步态无关。／行走的快慢以在一个周期内，为达到一定稳定裕度所需要重心最小调整量来衡量，最小调整量越小，步态的效率就越高。所消耗的能量与一个周期内重心>＼的最小移动量有关，整个周期内重心最小移动量越／小，则这种步态行走所消耗的能量就越小。如图2～图8所示，以步态1—2—3—4为例，计图6迈腿3的过程算整个周期

7、所需重心最小调整量的总和以及重心的最小移动量总和，其中稳定裕度为S。。244图7迈腿4的过程4图8恢复初始位图2为迈1腿的过程，为了重心调整最少，在这图3初始位置个过程中，重心不变。图3为该步态能达到最小稳定裕度为S时的最佳初始位置，图4为迈2腿的过程，在这个过程中，为了下次重心调整量最少，这次重心最少随动为L／Z。图5为调整过程，为了满足稳定裕度为S。，中心最少调整量为2S。图6为迈3腿的过程，在这个过程中，为了下次重心调整量最少，这次重心最少随动量为L／Z。图7为迈4腿的过程，为了重心调整最少，在这个过程中，重心不变。图4迈腿2的过程图8为恢复到初始位置的

8、过程，其重心的最小调整2量为2S。。由