四足机器人Trot步态的偏航运动控制.pdf

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1、四足机器人Trot步态的偏航运动控制郭伟，游洋威，蒋振字，王鹏飞(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150001)YawMotionControlofaQuadrupedTrotGUOWei，YOUYang—wei，JIANGZhen—yu，WANGPeng—fei(StateKeyLaboratoryofRoboticsandSystem，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150001，China)摘要：为解决四足机器人Trot步态的偏航运动sionalmod

2、el；Trotgait；yawmotioncontrol控制问题，借鉴两轮差速驱动的原理将机身的运动分解为两着地腿的运动，再基于弹簧倒立摆模型对0引言单个着地腿的前进速度和侧移速度进行控制，最后通过控制两着地腿的运动来控制机器人整体的运对角小跑步态(Trot步态)是四足动物常用的动，从而实现对机器人偏航角的控制。基于这种思中等移动速度步态L1]，因此，对这种步态控制方法的想，可以对偏航角、前进速度和侧移速度的控制进行研究是四足仿生机器人运动控制的重要课题。而偏统一设计，简化了基于三维模型的四足机器人运动航角作为实际的机

3、器人运动时的一个自由度，对它控制的难度。在虚拟样机中进行仿真实验，发现控的控制是必不可少的。由于基于三维四足模型的运制方法在前进速度为零和非零时都能对偏航角进行动控制要考虑的自由度很多，且各自由度的运动会很好的控制。相互耦合，所以很多以前的研究工作都是基于平面关键词：四足机器人；三维模型；Trot步态；偏四足模型对前进速度、跳跃高度和俯仰角的控制方航运动控制法进行研究[2]，对偏航角控制方法的研究很少。中图分类号：TP273．22Raibert等人为将单足机器人的控制方法运动到四文献标识码：A足机器人上，提出了虚拟足的

4、概念，具体到Trot步文章编号：1001—2257(2013)11—0063—04态中，即通过保证每对对角腿运动的一致性，将一对Abstract：InspiredbythetheoryoftWO—wheel对角腿等效为过机身质心的一条虚拟腿[3]。波士顿differentialdriving，wecancontroltheyawmotion动力公司的四足机器人BigDogL4和斯坦福大学的ofaquadrupedtrotbydecomposingthemotionof四足机器人KOLT[5都是在虚拟足概念的基础上the

5、robot’Sbodyintothemotionofthetwolegs发展而来的。将对角腿等效为虚拟足的方法不能对whicharetouchingtheground．BasedontheSLIP偏航角进行考虑，上述的机器人对偏航角的控制方model，theforwardandlateralvelocityofone法都是根据直觉设计的，缺乏理论基础，和前进速touchinglegcanbecontrolled．Thentherobot’S度、侧移速度控制方法的设计缺乏一致性。motion，includingtheya

6、wangle，canbecontrolled为避免上述缺陷，没有采用虚拟足的概念，而是bycontrollingitslegs．Basedonthisidea，theyaw将机身的运动分解为两着地腿的运动，再借鉴两轮angle，forwardandlateralvelocitycanbecontrolled差速驱动的原理，通过控制两着地腿的运动来控制together，whichsimplifiesthecomplexityofthree—机器人整体的运动。基于这种思想，可以对偏航角dimensionalmotion．A

7、fterthesimulationinavirtu—控制、前进速度控制和侧移速度控制进行统一设计，atprototype，thecontrolmethodisprovedwell简化了基于三维模型的四足机器人运动控制的难whentheforwardvelocityiszeroornot．度。在三维直腿四足机器人虚拟样机中进行仿真实Keywords：quadrupedrobot；three—dimen一验，发现控制方法在前进速度为零和非零时都能对收稿日期：2013—04—18基金项目：国家“八六三”计划资助项目(2011

8、AA040701)偏航角进行很好的控制。《机械与电子32013(11)·63·四足机器人Trot分别是上升阶段和下滑阶段。在上升阶段中，准备1四足机器人模型及其运动状态着地的腿摆动并保持在准备着地的角度，刚离地的三维直腿四足机器人模型如图1所示。机器人腿保持离地时的角度，两对腿都收缩至最短长度，以有四条可伸缩的腿，每条腿有一个前摆