四足宠物机器狗动态步行规划与仿真

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1、第29卷第3期2014年09月西南科技大学学报JournalofSouthwestUniversityofScienceandTechnologyVol．29No．3Sep．2014四足宠物机器狗动态步行规划与仿真权震华罗亮(西南科技大学信息工程学院四川绵阳621010)摘要:以四足宠物机器狗爱赛比为研究对象，分析机器狗步行机构组成，建立关节结构模型，根据仿生学原理对四足机器狗的对角线一致的步态运动进行了分析与规划，利用Matlab对步态规划进行了仿真并采用关节控制器验证了对角线一致的步态运动分析与规划的正确性。步态规划为四足机器人实现高速行走提供了一种可行的方法。关键词:机器人四足

2、机器狗步态规划对角线一致步态仿真分析中图分类号:TM242．6文献标志码:A文章编号:1671－8755(2014)03－0064－04DynamicWalkingGaitPlanningandSimulationofQuadrupedＲoboticDogQUANZhen－hua，LUOLiang(SchoolofInformationEngineering，SouthwestUniversityofScienceandTechnology，Mianyang621010，Sichuan，China)Abstract:Inthispaper，theresearchobjectisi－cyb

3、iewhichisaquadrupedpetroboticdog．Firstly，weanalyzedtheroboticdogwalkinginstitutionandestablishedthemodelofjointstructure．Secondly，wean-alyzedandplannedtheroboticdogtrotgaitaccordingtotheprincipleofbionics．ThegaitsimulationwasdoneinMatlab．Thetrotgaitanalysisandplanningarecorrectfromjointcontroller

4、．Thisarticleprovidesafeasiblemethodonthegaitofquadrupedrobot．Keywords:Ｒobot;Quadrupedroboticdog;Gaitplanning;Trotgait;Simulationanalysis足式机器人的运动是通过腿(脚)的连贯动作来实现的。按一定规则的腿(脚)运动被称为步态。足式机器人能适应非结构环境，立足点是离散的点，可以在可能到达的地面上选择最优的支撑点，能够在崎岖不平等恶劣状况的路面上行走，多足步行机器人技术一直是国内外机器人领域的研究热点之一。四足步行机器人是机器人的一个重要分支，由于四足机器人比两

5、足步行机器人承载能力强、稳定性好，同时又比六足、八足步行机器人结构简单。四足机器人能以动态步行方式实现高速行走，在抢险救灾、排雷、探险、娱乐及军事等方面均有很好的应用前景，其研究工作受到各国研究人员的重视。在四足机器人中，腿部结构是最重要的机构，选择得当可使机器人机构简单、设计方便，大大简化控制方案。本文以四足宠物机器狗爱赛比的运动机构为模型，规划四足机器人的动态步行规则步态后，通过MATLAB对机器人对角线一致步态进行了动力学仿真，得到四足宠物机器狗典型步态关节相关物理量的变化曲线。通过仿真验证了步态规划的合理性。1四足机器狗步态规划1．1机器狗结构分析四足宠物机器狗的步行机构组成如

6、图1所示。每条腿都有4个关节。髋关节、肩关节和膝关节作为主动关节。肩关节能够在内外方向上摆动，髋关节和膝关节能够在前后方向上摆动，由直流电机驱收稿日期:2014－04－11基金项目:西南科技大学电气工程示范实习、实训基地项目(12xjjx79)。作者简介:权震华(1976—)，女，讲师，研究方向为信号检测与处理。E－mail:quanzhenhau@swust．edu．cn第3期权震华，等:四足宠物机器狗动态步行规划与仿真65动，从而能实现腿部的立体动作。基本步态主动关节可只使用髋关节和膝关节。踝关节作为随动关节，能够随着机器狗足端的角度变化调整机器狗腿部着地面积，使机器狗足端在力学与姿

7、态上更加平衡。四足机器人完成一个步态所需要的时间，也就是机器人所有腿轮番完成一次“提起－摆动－放下”的动作所花费的时间称为步态周期。在此过程中机器人机体也完成过渡运动。机器人每条腿接触地面的时间和一个步态周期的比为占空系数β，β的数学表达式为:腿i的支撑期时间βi=腿i的周期时间图1四足宠物机器狗的步行机构组成Fig．1Walkinginstitutionofquadrupedroboticdog根据机器人运动学原理，可从机器狗