四足机器人翻滚运动力学分析及仿真.pdf

《四足机器人翻滚运动力学分析及仿真.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、四足机器人翻滚运动力学分析及仿真苗新聪，翟明敏，乔静(西北工业大学机电学院，陕西西安710072)MechanicsAnalysisandSimulationtotheRollingMotionofQuadrupedRobotMIAOXin—cong，ZHAIMing—min，Q1AOJing(SchoolofMechanicalEngineering，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)摘要：设计了一种具有分段身体结构的四足机因此，在探险、娱乐和军事等很多方面有广阔的应用器人，通过合理设置身体各部

2、分的协同运动，该四足前景。机器人能够将身体折叠成圆盘状，能以静步态、对角与足式步行相比，轮式滚动具有更高的运动速步态进行四足行走，同时还能实现前向翻滚运动。度。滚动式机器人具有结构简单、运动平稳和能量分析了四足机器人调整重心，实现翻滚过程的力学消耗低的特点，目前对于滚动式机器人的研究多集过程。ADAMS动力学仿真的结果表明，此滚动运中于球形或轮形机器人。但是球形机器人受地形条动模式运动平稳，具有较高的运动效率。件影响较大_2]。所以既能够进行翻滚运动，又能够关键词：四足机器人；翻滚运动；分段式结构；进行足式行走的机器人_3]，已成为研究的新热点。ADAMS仿真1机构设计

3、中图分类号：TP242文献标识码：A可翻滚四足机器人由躯干和四肢组成，与其他文章编号：1001—2257(2012)12—0059—03四足机器人不同，该机器人躯干又分为头部、前躯Abstract：Aquadrupedrobotwhichhasmulti—干、中躯干和后躯干4段，各段躯干之间为转动关linkstructureisdeveloped．Itcouldmovetheioints节，通过驱动电机来控制关节的偏转。四肢各有2coordinatelytotransformsthewholebodyintoa个自由度，躯干共3个自由度，机器人整体共具有diskform

4、．Therobotcouldwalklikeaquadruped11个自由度。animalandalsocouldperformrollingmotion．A机器人身体的外缘为圆弧状结构，后腿的前侧newrollingmodelisproposedandthemechanicsis也设置为圆弧形，以利于构成盘状结构。通过各关analysed．UsingADAMSsoftware，wesimulatethe节的偏转，使头部、前躯干、中躯干、后躯干和后小腿rollingmotionofrobotandtheresultspresentthe的外缘弧相切，身体能够折叠成一个完

5、整的圆盘形，methodhashighstabilizationandhighmechanical半径为100mm，如图1所示。各部分结构的参数energyutilizationefficiency．如表1所示。Keywords：quadrupedrobot；rollingmotion；multi—linkstructure；ADAMSsimulation后躯0引言●近年来，多足步行机器人的研究日益受到国内外的重视，已成为机器人研究领域的一个重要分支。后大腿其中，四足步行机器人机构简单灵活，承载能力强、稳定性好，能实现静步态行走和动步态的高速行走。后小收稿Et期：201

6、2—08—08图1机器人折叠后的视图《机械与电子32012(12)·59·四足机器人翻滚运动力学分析及表1机器人各部分的参数3翻滚运动的实现机器人的翻滚运动分为2步，首先由行走模式切换至翻滚模式，然后通过驱动装置改变质心的相对位置，实现前向翻滚。3．1行走模式与翻滚模式的切换当机器人处于四肢着地的站立状态时，可以实现正常四足机器人的对角或静步态行走模式。由站立状态变为滚动状态首先需要将四肢折叠，身体俯卧。然后，躯干各关节发生转动，以头部与后腿为支2数学建模持，腰部向上弓起。最后，从侧面看，头部、前躯干、机器人运动学模型如图2所示。以与地面接触中躯干、后躯干和后小腿前侧的

7、外圆弧会形成圆形，的体段圆弧外缘作为轮廓圆，即图2中的虚线圆，圆整体呈圆盘形，此时头部圆弧与地面接触并相切。心为0，基坐标系的原点也为0点，坐标系z固3．2前向翻滚运动定在第i身体分段上，m为第i身体分段的质量，与地面接触的身体部分的外圆弧和轮廓圆相重为第i身体分段在坐标系中的坐标，0为相邻坐合，当头部与前躯干之间的关节发生偏转时，质心偏标系之间的偏转角度。机器人的总质量为：移至轮廓圆圆心的前侧，由重力的作用产生力矩。48机器人向前滚动，进入躯干和地面相接触的状态，此=∑+∑2·m(1)时的轮廓圆变为和前躯干的外圆弧重合，同时质心重新恢复