四足机器人在崎岖路面的路径规划研究.pdf

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1、四足机器人在崎岖路面的路径规划研究余溢，郭伟(哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室，黑龙江哈尔滨150080)PathPlanningoftheQuadrupedRobotonRoughTerrainYUYi。GUoWei(StateKeyI．abofRobotTechnologyandSystem，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150080，China)摘要：对于四足机器人过崎岖路面的问题，利用路径规划时间较长和不能够在线规划等缺点。A算法，以最低代价为目标函

2、数得到较优备选路因此，采用经典的A算法]，其结构简单、易径，然后利用1个二阶系统结合4个优化指标，对备于实现，目前已经广泛用于机器人路径规划问题中。选路径进行比较，选择出1条较优路径。仿真实验1环境模型结果证明了此方法的有效性。关键词：四足机器人；崎岖路面；A算法仿真环境的建立采用了ADAMS+Matlab联中图分类号：TP273．22合仿真的方法，无论是从开发效率和程序功能的实文献标识码：A现，还是开发速度和程序的可扩充性等，对机器人仿文章编号：1001—2257(2013)02—0070—04真系统开发

3、将具有显而易见的优越性。Abstract：Consideringtheproblemofthequad—四足机器人每条腿有3个自由度，髋关节2个rupedwalkingontheknownroughterrain，weuse(侧摆、前后摆)，膝关节1个(前后摆)。另外，在仿Aalgorithm，regardingthelowestenergyastar—真环境中，机器人腿部的质量忽略不计。getfunction，tosolvetheglobalpathplanning，and崎岖地面由只知道高度信息的矩形块

4、组成，但applyasecond——ordersystemmodelandfouropti—是其面积大小是未知的。mizationindexestocomparetheselectedroutines，2静态稳定性判据inordertochooseabetterone．Theeffectivelyoftheproposedmethodcouldbewellverifiedbythe四足动物在行走的情况下，要求其身体保持静simulations．态稳定，因此，其运动的任一时刻至少应有3条腿与Keywords：

5、quadrupedrobot；roughterrain；A地面接触，且身体的重心必须落在三足支撑点构成algorithm的三角形区域内。在这个前提下，4条腿才能按一定的顺序抬起和落地，实现行走。在行走的时候，身体相对地面始终作向前运动，中心始终在移动。40引言条腿轮流抬跨，相对身体也作向前运动，不断改变足的落地位置，构成新的稳定三角形，来保证静态稳在过去的几十年中，出现了各种各样能够通过定。身体和腿相对于身体的运动必须在任何时刻保崎岖路面的机器人口]。尽管足式机器人关于路径规证协调一致，才能使身体的中心始终

6、落在三足支撑划方面的研究已经有很多成果，但是很多都是限于点构成的三角形区域内，实现稳定行走。平面上的。对于全局路径规划，目前已经有很多方由于崎岖路面的崎岖程度相对较高，最高的障法：如通过测地线方法获得距离时间最优路径_2；利碍物达到了19cm，为机器人腿长的47．5。为了用整数遗传算法解决机器人在网格规则环境中的路使四足机器人成功通过崎岖路面，机器人的稳定性径规划问题等。但是，其存在建模过程相对复杂、起到了至关重要的作用。因此，采用了稳定性判别收稿日期：2012—10—09基金项目：国家自然科学基金资助项目

7、(61175107)；机器人技术与系方法中的重心投影法(COG)]。统国家重点实验室(哈尔滨工业大学)自主研究课题(SKIR$20l006B)此方法认为：如果沿着作用于机器人质心上的·70·《机械与电子}2013(2)四足机器人在崎岖路面的路径规划合力方向，系统质心投影落在支撑区域的范围内时，FABC机器人就是动态稳定的。此时ZMP和COG是重l＼合的，其动态稳定裕量就是从压力中心至支撑区域l＼DE所在多边形边界的最小距离。另外，摆腿顺序对机器人的稳定行走也起到了至关重要的作用。虽然机器人的步态种类非常多，

8、F但是可以保证四足机器人有3条腿同时着地的只有6种。因此，在相同的占空系数下，选择1—4—2—3图2优化路径的抬腿顺序，机器人的稳定性最好]。其中，1为左其中，中间路径ABEF为A算法搜出的路径，前腿，2为右前腿，3为左后腿，4为右后腿。路径ABCEF和ABDEF为可能的较优路径。针对以上问题，提出了一种有效的方法。假设3全局路径规划1个粒子在水平方向上以速度。匀速运动，在竖直机器人的工作空问可以用1个二维数组来