四足步行机器人稳定性分析.pdf

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1、第5期机械设计与制造2013年5月MachineryDesign&Manufacturel89四足步行机器人稳定性分析刘西侠，王树海，金毅，洪升耀(装甲兵工程学院机械工程系，北京100072)摘要：基于四足步行机器人仿真模型对机器人的瞬时质心坐标进行了计算，获得了四足步行机器人直行步态下瞬时质心的运动规律，分析了各质量模块对机器人质心坐标的动态影响，对比了瞬时质心位移与几何中心位移的相对关系。给出了四足步行机器人静步态稳定性判定的公式，计算了基于瞬时质心的稳定裕度，对比分析了基于瞬时质心和基于几何中心的稳定裕

2、度，提出基于几何中心的稳定裕度计算可以减少计算量，提高响应特性，适合实时静步态控制情况下应用，基于瞬时质心的稳定裕度可以得到稳定裕度的精确值。关键词：四足机器人；稳定裕度；质心偏移中图分类号：THI6；TP242文献标识码：A文章编号：1001—3997(2013)05一O189—03StabilityAnalysisofQuadrupedWalkingRobotLIUXi-xia，WANGShu-hai，JINYi，HONGSheng-yao(DepartmentofMechanicalEngineerin

3、g，AcademyofArmoredForceEngineering，Beijing100072，China)Abstract：TheinstantozteouscentroidcoordinatesoftherobotiscJculatedbasedonthequadrupedsimulatingrobotmodel，andthecharacteristicsoftheinstantaneouscentroidmotion~nderstraightwalkingconditionisg／yen．Acontr

4、astbetweenthedispltwementofinstantaneouscentroidandthedisplacement(geometriccenterisana1)zed，whichiscausedbythedynamicinfluenceofeach，n(module．The．stability"marginbasedoninstantaneouscentroidiscMculatedandanalyzedbythestabilityexpressions’staticgait．Itshows

5、thestabilitymarginbasedoninstcmtaneouscentroidismoreOrCuratethanstabilitymarginbasedongeometriccenter．AndstabilitymarginbasedOllgeometriccenteriseasiertobeusedonstatic￡contro1．KeyWords：QuadrupedRobot；StabilityMargin；DeviationofMassCenterlI石运动稳定性是平衡稳定性概念的直接推

6、广，随着仿生学在机器人科学中的应用，必将对机器人的运动稳定性问题提出更高的要求。以步行机器人为例，为了能够迅速有效地完成任务，就要求它们具有良好的抗干扰能力和较高的运动稳定性。所以，稳定性的问题就有极其重要的理论和实际意义。对仿生机器人稳定性的研究将是一个越来越受到重视的问题，基于一种仿生四足步行图1四足步行机器人三维模型机器人对其在运动过程中的质心偏移及稳定裕度进行了计算分Fig．13-DModeloftheQuadrupedWalkingRobot析。表1四足步行机器人主要尺寸参数Tab．1MajorSi

7、zeParametersofQuadrupedWalkingRobot2仿生机器人模型所研究的四足步行机器人是基于对四足哺乳动物的腿部骨骼结构进行的仿生设计。机器人的腿部为开链运动机构，单腿有4个驱动关节，主动关节包括髋关节(两个转动自由度)、膝关节3瞬时质心的计算和腕关节，末端为弹性阻尼元件，腿部由多连杆机构组成，通过液关于四足步行机器人的很多研究中一般需要满足假设：与机压驱动实现迈腿运动，腿部关节采用对顶的配置方式13]。液压驱动体质量相比腿的质量可以忽略不计且机体的质心位置与机体的可以使机构简化、布局紧

8、凑，并且能承受较大载荷。机体简化为一几何中心重合。这样不管步行机器人的腿如何摆动机器人总质心个长方体，三维模型，如图1所示。部分尺寸参数，如表l所示。的位置始终与机体几何中心的位置重合。这种简化使得机器人的来稿日期：2012-07一】5基金项目：国防基础科研项日(B23201l0005)作者简介：刘西侠，(1974一)，男，河北沧州人，博士，副教授，硕士生导师，主要研究JYI~I：军用车辆总体理论与