六足步行機器人自然地形下全方位運動規(guī)劃策略研究.pdf

1、六足步行機器人是具有冗余驅(qū)動、多支鏈和時變拓?fù)涞奶胤N機器人。其優(yōu)點是機動性強,地形適應(yīng)性好,故障容許度高,而且能夠?qū)崿F(xiàn)多足協(xié)調(diào)的復(fù)雜作業(yè),但也有運動效率較低的缺點。目前很多學(xué)者致力于六足步行機器人的運動規(guī)劃策略研究,以降低能耗、改善運動步態(tài)、平衡足端力、平衡關(guān)節(jié)力矩等途徑提高機器人運動穩(wěn)定性的研究成果層出不窮,卻鮮見能同時保證運動效率和穩(wěn)定性的全方位運動規(guī)劃策略。而且現(xiàn)有的研究大多數(shù)均基于結(jié)構(gòu)化地形,對自然地形的情況研究較少。因此,研究

2、六足步行機器人在自然地形中全方位運動規(guī)劃策略填補了現(xiàn)有研究的空缺,具有重要意義。
　　本文詳細(xì)討論六足步行機器人的參數(shù)化建模方法與運動學(xué)、動力學(xué)問題。利用螺旋理論和指數(shù)積公式分析單足運動學(xué)、工作空間和機器人系統(tǒng)運動學(xué),并且完成了機器人的靜力學(xué)、動力學(xué)分析。
　　在此基礎(chǔ)上,研究機器人靜平衡理論,提出單位最優(yōu)運動穩(wěn)定裕度的概念并設(shè)計出解析法和數(shù)值法兩種求解算法,定量分析步長系數(shù)、偏航角、落足多邊形的形參數(shù)和位參數(shù)等因素對六足步

3、行機器人高效運動過程中靜平衡的影響,提出一種通用的穩(wěn)定性評價標(biāo)準(zhǔn),實現(xiàn)穩(wěn)定裕度的主動控制。
　　以穩(wěn)定性要求和運動效率要求為背景,結(jié)合地形分析,設(shè)計出六足步行機器人在自然地形中全方位運動的路徑規(guī)劃方法、落足點選取方法、軀干運動規(guī)劃方法和足端軌跡規(guī)劃方法,并通過機器人系統(tǒng)逆運動學(xué)求解運動規(guī)劃策略得到了各關(guān)節(jié)軌跡。綜合運動規(guī)劃中各方法,設(shè)計了通用的六足步行機器人自然地形全方位運動規(guī)劃與仿真算法。
　　對規(guī)劃結(jié)果進(jìn)行運動學(xué)仿真和動

4、力學(xué)仿真驗證。根據(jù)六足步行機器人的運動規(guī)劃仿真結(jié)果和動力學(xué)仿真結(jié)果,通過對比兩種仿真環(huán)境下機器人的行走路徑,驗證了路徑規(guī)劃算法;同時通過對比機器人的姿態(tài)曲線驗證了軀干運動規(guī)劃方法;根據(jù)不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的六足步行機器人相同地形相同路徑下的運動仿真結(jié)果,對六足步行機器人運動過程中的一系列落足三角形進(jìn)行詳細(xì)分析,驗證了落足點選取方法;對各關(guān)節(jié)軌跡及相互關(guān)系分析,驗證了足端軌跡規(guī)劃方法;通過對比所有機器人運動過程中的單位最優(yōu)運動穩(wěn)定裕度曲線,驗證了