JTUWM-Ⅲ四足機器人trot步態(tài)運動特性研究.pdf

1、目前國內外對四足步行機器人的研究已取得了一系列的重要進展，但距離實用還有一段距離，原因在于所能實現(xiàn)的穩(wěn)定步行速度相對于其它運動方式要慢很多。如果要進一步提高速度，機器人必須采用trot等步態(tài)的動態(tài)步行。然而到目前為止，在已研制出的各種四足步行機器人中，多數(shù)只能實現(xiàn)靜態(tài)穩(wěn)定步行，能實現(xiàn)動態(tài)穩(wěn)定步行的很少。 鑒于如何實現(xiàn)動態(tài)穩(wěn)定步行是決定四足步行機器人能否實用化的關鍵問題，本課題重點在于針對我們研制的JTUWM-Ⅲ四足步行機器人tr

2、ot步態(tài)運動特性進行研究，以期從中找出影響動態(tài)穩(wěn)定步行的因素，為實現(xiàn)四足機器人的動態(tài)穩(wěn)定步行奠定基礎。 研究內容主要包括四足機器人trot步態(tài)運動機理、動力學建模仿真及失穩(wěn)判據研究、關節(jié)反力對機器人軀體運動影響的研究、機器人步態(tài)規(guī)劃參數(shù)等對步行運動的影響研究、擺動足的軌跡規(guī)劃對運動的影響研究。在以往所作大量理論及實驗研究基礎上主要采用理論分析、建模并結合虛擬樣機仿真試驗的研究方法。 通過課題研究提出以下主要結論：(1)四

3、足機器人的橫向穩(wěn)定性是影響機器人trot步態(tài)步行穩(wěn)定性的關鍵；位于機器人軀體后側的擺動足先進入支撐相所形成與地面間的碰撞導致機器人向軀體側前方翻轉，這個翻轉方向是機器人在步行過程中容易發(fā)生傾倒的方向，此相位是四足機器人易于傾倒的危險相位；得出了JTUWM-Ⅲ四足機器人要保持步行穩(wěn)定性其橫向翻轉角速度必須要滿足的范圍，并提出了利用橫向失穩(wěn)來判斷四足機器人trot步態(tài)步行是否失穩(wěn)的具體方法——橫向穩(wěn)定裕量(LSM)方法； (2)通過

4、所建立的四足機器人起步時繞支撐對角線的翻轉力矩模型，從理論上驗證了該力矩對機器人運動姿態(tài)及步行穩(wěn)定性的不利影響，如改變了機器人軀體姿態(tài)，加劇了機器人與地面間的碰撞作用，增大機器人姿態(tài)控制的難度等，得出了機器人起步時軀體繞支撐對角線的翻轉角度與步行周期的平方及步長成正比的結論；發(fā)現(xiàn)了起步姿態(tài)對步行運動穩(wěn)定性有很大的影響，在勻速步行條件下當機器人支撐足在足坐標系中的初始前移距離為步幅的1/3時，機器人軀體的姿態(tài)變動最小，同時機器人具有最好的