【正文】 應(yīng)器框架。每條腿的常量， φBx和 φBy，通過圍繞中心體的腿的位置給定，可以是 0176。 為了將末端效應(yīng)器放在期望的位置，我們用限制了腿的匹配角度的反向運(yùn)動(dòng)學(xué)（ IK）。由于之前提到的平衡重量的存在，末端效應(yīng)器的方向可以保持恒定。由于腿部的結(jié)構(gòu)，兩個(gè)側(cè)向接頭負(fù)責(zé)控制鉤爪到墻壁的距離和接近角度。將末端效應(yīng)器的位置用（ X， Y） T 表示，利用腿部邏輯結(jié)構(gòu)，反向運(yùn)動(dòng)學(xué)在框架 L 中進(jìn)行計(jì)算。從（ 2）得， 從式（ 6），我們可以提取 θ3： 因此， θ4等于， 這種方法是用于實(shí)時(shí)確定哪些關(guān)節(jié)角度是為了在所期望的位置來定位腿的末端效應(yīng)器。力計(jì)算包含作用于連接體質(zhì)心的引力力量 。力量過小則表明一個(gè)腿已經(jīng)脫離了壁面。然而，這些參數(shù)在我們要的條件中沒有任何意義。對(duì)這些方程式進(jìn)行數(shù)值求解以獲得接觸力。反作用力分析是同時(shí)在一條腿上進(jìn)行的。 CLIBO 的控制是基于主動(dòng)位置控制，而不是主動(dòng)力控制。相反，在運(yùn)動(dòng)過程中不斷給每條腿的施加扭矩和接觸力分別被計(jì)算著。 10 CLIBO 的運(yùn)動(dòng)原理是基于所述中心體沿一給定路徑上的運(yùn)動(dòng)而來。機(jī)器人移動(dòng)自身中央機(jī)構(gòu)正對(duì)一個(gè)臨時(shí)位置的路徑段，同時(shí)尋找機(jī)會(huì)移動(dòng)它的腿。其中參數(shù) ρ ∈ [0, Γ ]， Γ 是路徑末端的最大值。用 Δsk = sk+1?sk作為一個(gè)分離路徑元素，其中 sk+1 = S((k + 1)Δρ)。 中心體的運(yùn)動(dòng)是通過離開接觸點(diǎn)在 其當(dāng)前的位置，并使用閉鏈運(yùn)動(dòng)移動(dòng)該中心體以協(xié)調(diào)的方式進(jìn)行。在每種狀態(tài)下，機(jī)器人的反應(yīng)各不相同。四個(gè)狀態(tài)按照一個(gè)關(guān)鍵的順序布置，最關(guān)鍵的條件是被先檢查。如果這樣的事件發(fā)生了，將只有很重力作用在設(shè)備上，會(huì)導(dǎo)致在致動(dòng)器的扭矩測(cè)量結(jié)果過小。其最終位置將在當(dāng)前段 Δsk移位到腿的預(yù)期點(diǎn)的結(jié)束點(diǎn)旁邊的中央體（中心體位置將在當(dāng)前 Δsk的結(jié)束點(diǎn)）。因此，我們定義了一個(gè)對(duì)每條腿的允許空間。重新定義中心體沿路徑方向移動(dòng)了機(jī)器人的中心結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致了接觸力分布的變化。狀態(tài) 4 是關(guān)于一條腿支撐了太大的力的情況。相對(duì)于狀態(tài) 4，在狀態(tài) 3 中，檢查一下作用于末端效應(yīng)器的腿部作用力是否小于限定作用力 Fmin 是很有必要的。允許空間和中心基相關(guān)并且 12 它的原點(diǎn)被定義為框架 B 的原點(diǎn)。 ymin 和 xmin 是定值而且有腿部物理工作空間定義。中心體移動(dòng)之后，腿部的位置被檢測(cè)并且如果它超出了區(qū)域 VI，那么腿會(huì)被移動(dòng)到下一個(gè)可能區(qū)域的允許區(qū)域 VI 中。如果下個(gè)期望位置在區(qū)域 III 中，那么只有 xleg的坐標(biāo)將被改為 xmin。算法 1 是一個(gè)動(dòng)作序列，能夠?qū)⑼炔?i 的末端效應(yīng)器從當(dāng)前位置移動(dòng)到期望位置。如果作用力小于 Ffree，那么這個(gè)腿就被釋放了，否則它會(huì)重復(fù)在距離 d 上的運(yùn)動(dòng)并且再次檢查作用力。因此，腿部的最終位 13 置會(huì)被進(jìn)行檢查，以使它在允許的區(qū)域內(nèi)，如果不是，它將會(huì)被糾正到前面的狀態(tài)。當(dāng)供給 V 推薦電壓時(shí)，最大致動(dòng)器轉(zhuǎn)矩是 公斤力厘米，最大角速度為 51 轉(zhuǎn)。機(jī)器人拉伸到總長(zhǎng)度時(shí)，不可操作并且充分拉伸長(zhǎng)度是 750 毫米。然而，根據(jù)在第 節(jié)描述的均衡分析和致動(dòng)器的最大扭矩，各腿可支撐高達(dá) 公斤的重量。 在測(cè)試過程中，我們遇到了兩個(gè)問題。為了解決這個(gè)問題，一個(gè)經(jīng)驗(yàn)優(yōu)化方法來找到一個(gè)最佳的驅(qū)動(dòng)器攀爬速度，它降低至 米 /秒。該 CLIBO 機(jī)器人爬上表面的能力已經(jīng)用了一種運(yùn)動(dòng)算法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。由于解決這些問題的必要性， CLIBO 機(jī)器人能夠以可靠的方式完成設(shè)計(jì)任務(wù)。 or 180176。), by just moving 8 of its 16 , the robot can change its distance from the wall by extending its legs, to lower or raise itself in relation to the wall’s surface according to the surface condition. Consequently, this leg design has the advantage of decoupling motion in plane (parallel to the wall) and normal to the plane. An alternative leg configuration was examined. One in which the first DOF’s axis is perpendicular to the surface and the other 3 DOF’s axis are parallel to the wall’s surface. Such configuration gives advantage in climbing payload and lateral movement. However,this 17 configuration bounds the robot to operate all 4 motors while advancing. Moreover, due to the motors arrangement, the robot’s center of mass is shifted away from the wall and therefore acting to detach it.. Four actuators per leg were assembled with an EE at the tip of every leg. The EE gripping device (Fig. 2), which imitates the way cats hold objects or surfaces when climbing, is a unique device designed especially for the robot’s movement. Each device,consisting of 12 fishing hooks from nickel and aligned on an aluminum body, is capable of grasping cracks in the wall and holding up to 2 kg of weight. The hooks are connected to the aluminum body by a thin nylon string. A small piece boxformed epoxy glues the hooks to the string. Between the hooks are guides that prevents them from being entangled one with another and limits the epoxy piece to one passive pliant DOF. In other words, the hook is not able to move laterally or to twist. It can only move in the direction of the wall, back and forward. Experiments done on a series of hooks trying to grip simultaneously have shown that the hooks constrained to each other interfere and lack of gripping ability. This arrangement provides each hook with an independent gripping capability. The gripping device is designed in such way that the hooks are rotated at a 20176。允許夾持器附著到彎曲表面，并調(diào)整算法適應(yīng)不平坦的地形將擴(kuò)大機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性 而不局限于垂直壁面。盡管有這兩個(gè)困難，但夾持裝置的構(gòu)造已被充分驗(yàn)證并且證明其能夠提供機(jī)器人良好的附著可靠性。更快的動(dòng)作產(chǎn)生不必要的動(dòng)態(tài)作用力。在實(shí)際操作中，我們認(rèn)為這種估計(jì)是太樂觀的，所以實(shí)際的有效載荷將是大約 2 千克。 CLIBO 的有效負(fù)載是從致動(dòng)器和夾持器的保持極限的能力而得。置的控制器能夠測(cè)量致動(dòng)器的角度，速度和扭矩。還用到了 16 AX12 + Dynamixel 致動(dòng)器。離開中心體到 Δsk 末端的距離， Δx ? Δxbody, Δy ? Δybody 表示在中心體框架（框架 B）中被轉(zhuǎn)換了，從框架 B 到框架 L 使用齊次變換 ，由下式給出： 當(dāng)前 Δsk 的腿部 末端的預(yù)期位置，被添加到相對(duì)于中心體的對(duì)應(yīng)位置。首先機(jī)器人將按照 yw 方向（指向天空）在預(yù)定距離 d 以內(nèi)將鉤爪從墻上分離。讓 Δxbody, Δybody 作為 中 心體關(guān)聯(lián)當(dāng)前 Δsk 的位置， xleg,body, yleg,body 作為 腿部在當(dāng)前段 Δsk 移位到下一個(gè)其中央主體的腿預(yù)期點(diǎn)的終點(diǎn)的位置。這些坐標(biāo)然后會(huì)被處理使得下個(gè)腿的位置會(huì)沿 著那個(gè)方向但在腿部的定義允許空間內(nèi)。 這種幾何結(jié)構(gòu)產(chǎn)生 5 個(gè)區(qū)域。 SF 是用于防止腿的矯直預(yù)定的安全系數(shù)。 移動(dòng)腿部 i 的基本原理是通過考慮沿路徑的機(jī)器人的前進(jìn)方向來計(jì)算腿部的下一個(gè)可能位置。因此，狀態(tài) 4 的條件是檢查是否每條腿的執(zhí)行器的扭矩大于一個(gè)預(yù)定的扭矩最大值 Tmax。此外，一些腿上的小作用力會(huì)導(dǎo)致其他腿上的極端的不必要的大作用力。因此，由于所允許空間與中心體相關(guān)，中心體的 運(yùn)動(dòng)將移動(dòng)相對(duì)于腿部的允許空間，絕對(duì)會(huì)導(dǎo)致腿部退出它，從而迫使機(jī)器人前進(jìn)腿中的方向的運(yùn)動(dòng)。中心體朝向其目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)會(huì)增加它到末端效應(yīng)器上一些點(diǎn)的距離并且會(huì)減少到另一些點(diǎn)的距離。 這個(gè)“ 下一個(gè)可能的位置 ” 是一條腿的位于腿部的路徑向量允許 的空間內(nèi)的一個(gè)點(diǎn)。 像前面提到的那樣，四個(gè)狀態(tài)例行檢查，以此來確定腿部的狀態(tài)。如果沒有出現(xiàn)這些狀態(tài)，機(jī)器人移動(dòng)它的中央機(jī)構(gòu)到下一子步驟，之后再每個(gè)事例中重 復(fù)執(zhí)行該 4 狀態(tài)檢查。使用反向運(yùn)動(dòng)和靜態(tài)分析（第 2 節(jié)），我們得到機(jī)器人的末端效應(yīng)器位置和作用于它們的力量。因此，機(jī)器人路徑的每個(gè)增量是 Δsk步驟分解成更小的、 δ、由身體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行的子步驟。我們將路徑離散成 里的元素。 機(jī)器人從一個(gè)更高水平的計(jì)劃方案得到在墻壁上的路徑規(guī)劃。除了表面的垂直性，沒有任何表面的先驗(yàn)知識(shí)，因此在爬行時(shí)，立足線是線上決定的。如果只在多次嘗試后才能成功抓取，那么只有一些中央機(jī)構(gòu)配置是不可行的。我們的硬件是不能夠?qū)崿F(xiàn)主動(dòng)力控制的，這是 由于從致動(dòng)器內(nèi)部的轉(zhuǎn)矩傳感器及主動(dòng)力控制下的這種錯(cuò)誤可能會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)定性的喪失轉(zhuǎn)矩誤差讀數(shù)。 在這一節(jié)中，我們描述 CLIBO 的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法，這使得它能夠爬上垂直的，粗糙的質(zhì)感墻壁。這意味著關(guān)節(jié)扭矩不取決于墻上機(jī)器人的位置。 這些參數(shù)由伺服電機(jī)進(jìn)行測(cè)量。 8 圖 4 機(jī)器人 xy 平面圖 對(duì)于每條腿，作用在關(guān)節(jié) θ1, . . . , θ4 上和由于反作用力 f 和連接體塊 mi 在中心體 θw, dw, θ0 上的扭矩是： 其中 (fx, fy, fz)是作用在腿部末端效應(yīng)器的力向量。過大的力表明腿部超載了。 腿部是由能夠測(cè)量操作腿關(guān)節(jié)扭矩的智能伺服電機(jī)組成的。由 余弦定理得到， θ2是： 由正弦規(guī)律得， θ1是： 當(dāng)腿附著在墻壁上時(shí)，到墻壁 Z 的距離保持恒定。有了這些約束和假設(shè)，對(duì)所需的角度有四種不同的解決方案，兩個(gè)是給 θ1， θ2，另外兩個(gè)是給 θ3， θ4 的。這種假設(shè)是準(zhǔn)確的，這么說是由于它將在運(yùn)動(dòng)算法內(nèi)所作的中心體的取向角進(jìn)行校正，這將在后面詳述。這個(gè)反向運(yùn)動(dòng)學(xué)適用于關(guān)聯(lián)CLIBO 的中心體的單條腿。我們用框架 B 代表在相對(duì)于機(jī)器人的當(dāng)前中心體位置腿部末端效應(yīng)器中的位置。 因此，末端效應(yīng)器相對(duì)于框架 L 的位置是： 6 其中， Li 是第 i 個(gè)鏈路的長(zhǎng)度， θi 是 i 鏈路和 i1 鏈路之間的角度。它然后被轉(zhuǎn)換到中央主體框架 B。框架 L，固定在每條腿的第一個(gè)電擊傷，保證和框架 B 并行。為 了分析這種運(yùn)動(dòng)學(xué)，一組幀被連到了系統(tǒng)上（圖 3）。 設(shè)計(jì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的第一步是分析它的運(yùn)動(dòng)。這種扭矩可能導(dǎo)致腿從墻壁上脫離。角旋轉(zhuǎn)的方式。它只能在墻壁的方向上移動(dòng)，后退和前進(jìn)。這些鉤子通過一根細(xì)的尼龍繩和鋁制機(jī)箱連接。此外，由于這種電機(jī)分布方式，機(jī)器人的質(zhì)心從壁面移開并且因此脫離壁面。 一種可替代的腿構(gòu)造已經(jīng)進(jìn)行了檢驗(yàn)。機(jī)器人的這種結(jié)構(gòu)，允許他可以利用它 16 個(gè)電機(jī)中的 8 個(gè)朝任意期望的方向（ 360176。 腿部的這種設(shè)計(jì)給機(jī)器人提供了良好的步態(tài)能力。其中四個(gè)自由度是機(jī)動(dòng)的，第五個(gè)，它是裝在每條腿的末端的夾緊裝置中，是一個(gè)被動(dòng)自由度。 為了研制得到一種能夠攀爬粗糙壁面的作業(yè)機(jī)器人， CLIBO 的結(jié)構(gòu)是按照這樣一種方式開發(fā)的，當(dāng)被激活時(shí)，它會(huì)模仿一種四肢攀爬的攀巖技術(shù)。在第二部 分中，我們來回顧機(jī)器人的數(shù)學(xué)模型，模型描述了從它的設(shè)計(jì)中得到的運(yùn)動(dòng)學(xué)和靜態(tài)學(xué)模型。布置在建筑物的高處，機(jī)器人，作為一個(gè)觀測(cè)平臺(tái)，能夠提供有價(jià)值的軍事情報(bào)，以及協(xié)助搜尋和救援行動(dòng)。用這個(gè)運(yùn)動(dòng)模型，作為這項(xiàng)工作一部分的運(yùn)動(dòng)算法結(jié)合了四條腿的控制器和智能執(zhí)行器的能力