四足仿生移动平台技术发展综述及关键技术分析.pdf

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1、2014年第1期车辆与动力技术总第133期Vehicle&PowerTechnology文章编号：1009—4687(2014)0l一0047—06四足仿生移动平台技术发展综述及关键技术分析江磊，刘大鸥，胡松，苏波，姚其昌(中国北方车辆研究所，北京100072)摘要：在了解国外主要研究机构及其主要研究成果的基础上，对四足仿生移动平台的技术发展及其关键技术进行了总结和分析，并就四足仿生移动平台未来发展趋势进行了展望．关键词：四足移动平台；仿生学；中心模式发生器；虚拟腿中图分类号：TP242．6文献标识码：ASummarizesandTechnicalAnalysisontheDevelo

2、pmentofBionicQuadrupedMobilePlatformJIANGLei，LIUDa—kun，HUSong，SUBo，YAOQi—Chang(ChinaNoahVehicleResearchInstitute，Beijing100072，China)Abstract：Basedonknowingframeworksofmainresearchonabroadandtheirachievements，itispresentedandsummarizedwhicharethedevelopmentartstatementsandkeytechnologiesinthefie

3、ldofbionicquadrupedplatform，whosedevelopmenttendencyisforecastedconsequently．Keywords：quadrupedplatform；bionics；CPG；virtualleg与其它移动装置(轮式、履带式、爬行式等)器人及计算机技术的发展，步行移动平台的能耗问相比，四足仿生移动平台与地面接触点是离散的，题得以初步解决，最高行驶速度理论上能够达到可以选择合适的落脚点来适应崎岖的路面，因此它130km／h以上⋯．具有高度的适应性与灵活性，它既可以在平地行走，也可以在复杂的非结构化环境中行走，如在凹1早期四足机器人技

4、术发展现状凸不平的地面行走、上下台阶和斜坡、跨过溪流、跋涉沼泽，等等．这一特点使四足仿生移动平台克早期四足机器人研究的代表是日本东京工业大服非结构化路面的能力非常大，非常适合在高原山学的濑·福田机器人研究实验室．从80年开始地、救援救灾等条件下工作．至今已研制出3个系列12款四足机器人．其中最正是因为足式移动方式具有在无路面越野条件有代表性的是TITAN系列机器人TITAN—VIII，见下的天然优势，国内外研究学者开展了大量的研究图1．该款机器人的软硬件齐全，功能比较完备，工作，特别是对于四足机器人．早期四足移动装置具有多种运动步态选择．在该机上配套先进而完整一直无法解决能耗问题，行驶

5、速度低，输出力矩的专门针对四足移动机器人开发的操作系统VK—I，小，无法满足越野行走的各种环境条件要求．现阶因而该机器人特别适合于教学研究用．TITAN机器段，随着新的设计方法、控制算法、液压系统、机人拥有l2个自由度的配置，由四条机构相同、结收稿日期：2013—05—13．作者简介：江磊(1980一)，男，高级工程师，研究方向为月球车／无人车行走系统研究车辆与动力技术根据上述关节分析，可对移动平台的各关节活动范围进行布置，参见表1．表1关节活动范围及设计修正值由表1可以看出：关节的运动范围基本都在112。～127。之间，均值约120。．考虑到单一型号的液压缸能够大幅度降低系统复杂程度

6、，则对所有关节采用统一活动范围配置，即都采用120。的活动范围均值盟短，修正豆后卫的值也列一在表琏程1中．一盛一级豇3．2移动仿生研究及步态规划步态是指动物节律性运动的形态，其特点是抬落腿的顺序和轨迹具有明显的周期性特征，是一种规律性强、周期性明显的节律运动．目前研究较多的步态方式是模仿马或狗等四足动物行走典型步态，按照腿不同相位的交替次序区分，常用步态为：行走步态，即4条腿按照一定顺序轮流进行摆动相或支撑相；对角小跑步态，即对角腿两两一(C)奔跑(gallop)步态组，按照一定顺序轮流进行摆动相或支撑相；溜蹄盛Ⅱ碰～图8马的四足步态仿生学一图解①步态，即同侧腿两两一组，按照一定顺序轮

7、流进行摆动相或支撑相；奔跑步态，即前后腿两两一组，3．3移动及稳定性控制算法研究按照一定顺序轮流进行摆动相或支撑相，参见图四足机器人移动及稳定性控制算法是四足移动8．动物通过对外部环境的判断，交替运用各种步平台最重要的关键技术，随着计算机技术革命的深态，实现基本的移动行为，抵抗外部扰动并实现姿入，其运动控制方法已有了长足的发展，总结起来态的稳定．主要有3种：基于模型的运动控制方法，基于中枢步态的研究就是通过对动物的真实的运动过程模式振荡器CPG