基于变长倒立摆模型的双足机器人爬楼梯步态规划.pdf

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1、基于变长倒立摆模型的双足机器人爬楼梯步态规划肖鹏，吴飞，杨前禄，陈幼平(华中科技大学机械科学与工程学院国家数控工程中心，湖北武汉430074)GaitGenerationBasedonVariable——lengthPendulumforaBipedRobotClimbingUpstairsXIAOPeng，WUFei，YANGQian—lu，CHENYou—ping(NCEngineeringCenterofChina，SchoolofMechanicalScienceandEngineering，HuazhongUniversityofScienc

2、eandTechnology，Wuhan430074，China)摘要：能在复杂环境中持续稳定地行走是双足样，运动时具有不稳定性，这些特点使得对机器人的机器人的一个重要性能，比如平地、楼梯。针对双足研究充满挑战。一个合适的步态规划是机器人实现机器人爬楼梯的步态规划问题，提出了一种运用变动态行走的关键，有很多学者致力于这方面研究，目长倒立摆模型来实现双足机器人爬楼梯步态规划的前他们的研究基本集中在平地行走。Huang根据方法，并运用虚拟样机进行动态步行仿真。仿真结ZMP判据来生成参考轨迹且实现稳定补偿

3、l1J。果表明，运用该步态规划方法可以得到可行的机器

4、Juangl_2在多级前馈神经网络中引入模糊控制的概人爬楼梯轨迹。念以生成步态参考轨迹。史耀强L3使用定长倒立摆关键词：双足机器人；变长倒立摆；爬楼梯；步态模型规划产生十个关节角轨迹，并用ADAMS仿真规划软件仿真得出各关节力矩用于电机选择中图分类号：TP242．6与平地行走相比，第1，机器人爬楼梯时抬腿高文献标识码：A度会明显增加，这势必削弱行走的稳定性；第2，爬文章编号：1001—2257(2011)l1—0071—05楼过程中机器人质心会随着楼梯的升高而升高，传Abstract：0neofprimaryimportanceinahu—统的定长倒立

5、摆规划法不再适用；第3，楼梯具有相manoidrobotisstableandrobustwalkinginvari—对复杂的几何形状，规划时必需避免足底部与楼梯OUSenvironments，suchaslevelgroundandstairs．之间碰撞，这些问题都加大了爬楼机器人步态规划Comparewithlevelground，trajectorygeneration的困难性，目前关于双足机器人爬楼梯的规划和实forabipedrobotwalkingupstairsismoredifficult．现比较少。本田公司的ASIM()机器人能实现上

6、下Tosolvetheproblem，thispaperpresentsaneffec—楼梯，然而关于其上下楼梯的具体规划目前还尚未tiveandsystematictrajectorygenerationmethod．公开]。Figliolini开发了一款能实现爬楼梯的双Virtualprototypingsimulationresultsshowthat足机器人EP—WAR3，这款机器人在两条腿上各自安装了吸盘机构以保证机器人与楼梯间的稳定theproposedmethodscangeneratestablemotionswhenwalkingup

7、stairs．性]。Shih设计的BR一1机器人使用变长腿并在Keywords：bipedrobot；variable—lengthpen—躯干上加直线执行器，它可以低速爬上一定倾斜度的楼梯]。Kajita通过倒立摆模型产生理想的质心dulum；upstairs；trajectorygeneration(centerofgravity)轨迹，但只规划了前向的轨迹]。付成龙等人采用启发式步行规划法产生轨迹，并0引言考虑了能量效率的影响，能进行比较有效的爬楼行走。这些是目前国内外比较系统的实现爬楼双足机双足步行机器人是一个多变量、强耦合、非线性器人规划的几

8、种方法。由于爬楼行走时质心随着楼和变结构的复杂动力学系统，它的行走环境多种多梯的升高不断升高、楼梯几何形状的复杂性等因数，收稿日期：2011一O5—30平地规划所常用的规划方法不再适用于爬楼规划，基金项目：国家自然科学基金(50905064)；湖北省自然科学基金(2010cDB019O6)本文针对这些问题，在定长倒立摆规划_3的基础上，《机械与电子2201l(11)’71。—■●●_基f变长倒立摆模型的双足机器人提出了一一种基于变长倒立摆的爬楼规划方法。、2爬楼梯前向步态规划1机器人模型简化机器人上楼梯时的一连串动作可以分解为一次图1为运用ADAMS软

9、件牛成的机器人虚拟起步、N次稳态循环步行和一次止步。机器人行走样机前向和侧向模型。该机器人模型