【正文】 應器框架。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。 為了將末端效應器放在期望的位置，我們用限制了腿的匹配角度的反向運動學（ IK）。由于之前提到的平衡重量的存在，末端效應器的方向可以保持恒定。由于腿部的結構，兩個側向接頭負責控制鉤爪到墻壁的距離和接近角度。將末端效應器的位置用（ X， Y） T 表示，利用腿部邏輯結構，反向運動學在框架 L 中進行計算。從（ 2）得， 從式（ 6），我們可以提取 θ3： 因此， θ4等于， 這種方法是用于實時確定哪些關節(jié)角度是為了在所期望的位置來定位腿的末端效應器。力計算包含作用于連接體質心的引力力量 。力量過小則表明一個腿已經(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。對這些方程式進行數(shù)值求解以獲得接觸力。反作用力分析是同時在一條腿上進行的。 CLIBO 的控制是基于主動位置控制，而不是主動力控制。相反，在運動過程中不斷給每條腿的施加扭矩和接觸力分別被計算著。 10 CLIBO 的運動原理是基于所述中心體沿一給定路徑上的運動而來。機器人移動自身中央機構正對一個臨時位置的路徑段，同時尋找機會移動它的腿。其中參數(shù) ρ ∈ [0, Γ ]， Γ 是路徑末端的最大值。用 Δsk = sk+1?sk作為一個分離路徑元素，其中 sk+1 = S((k + 1)Δρ)。 中心體的運動是通過離開接觸點在 其當前的位置，并使用閉鏈運動移動該中心體以協(xié)調的方式進行。在每種狀態(tài)下，機器人的反應各不相同。四個狀態(tài)按照一個關鍵的順序布置，最關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備上，會導致在致動器的扭矩測量結果過小。其最終位置將在當前段 Δsk移位到腿的預期點的結束點旁邊的中央體（中心體位置將在當前 Δsk的結束點）。因此，我們定義了一個對每條腿的允許空間。重新定義中心體沿路徑方向移動了機器人的中心結構，導致了接觸力分布的變化。狀態(tài) 4 是關于一條腿支撐了太大的力的情況。相對于狀態(tài) 4，在狀態(tài) 3 中，檢查一下作用于末端效應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并且 12 它的原點被定義為框架 B 的原點。 ymin 和 xmin 是定值而且有腿部物理工作空間定義。中心體移動之后，腿部的位置被檢測并且如果它超出了區(qū)域 VI，那么腿會被移動到下一個可能區(qū)域的允許區(qū)域 VI 中。如果下個期望位置在區(qū)域 III 中，那么只有 xleg的坐標將被改為 xmin。算法 1 是一個動作序列，能夠將腿部 i 的末端效應器從當前位置移動到期望位置。如果作用力小于 Ffree，那么這個腿就被釋放了，否則它會重復在距離 d 上的運動并且再次檢查作用力。因此，腿部的最終位 13 置會被進行檢查，以使它在允許的區(qū)域內(nèi)，如果不是，它將會被糾正到前面的狀態(tài)。當供給 V 推薦電壓時，最大致動器轉矩是 公斤力厘米，最大角速度為 51 轉。機器人拉伸到總長度時，不可操作并且充分拉伸長度是 750 毫米。然而，根據(jù)在第 節(jié)描述的均衡分析和致動器的最大扭矩，各腿可支撐高達 公斤的重量。 在測試過程中，我們遇到了兩個問題。為了解決這個問題，一個經(jīng)驗優(yōu)化方法來找到一個最佳的驅動器攀爬速度，它降低至 米 /秒。該 CLIBO 機器人爬上表面的能力已經(jīng)用了一種運動算法進行了實驗驗證。由于解決這些問題的必要性， CLIBO 機器人能夠以可靠的方式完成設計任務。 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，并調整算法適應不平坦的地形將擴大機器人的機動性 而不局限于垂直壁面。盡管有這兩個困難，但夾持裝置的構造已被充分驗證并且證明其能夠提供機器人良好的附著可靠性。更快的動作產(chǎn)生不必要的動態(tài)作用力。在實際操作中，我們認為這種估計是太樂觀的，所以實際的有效載荷將是大約 2 千克。 CLIBO 的有效負載是從致動器和夾持器的保持極限的能力而得。置的控制器能夠測量致動器的角度，速度和扭矩。還用到了 16 AX12 + Dynamixel 致動器。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）中被轉換了，從框架 B 到框架 L 使用齊次變換 ，由下式給出： 當前 Δsk 的腿部 末端的預期位置，被添加到相對于中心體的對應位置。首先機器人將按照 yw 方向（指向天空）在預定距離 d 以內(nèi)將鉤爪從墻上分離。讓 Δxbody, Δybody 作為 中 心體關聯(lián)當前 Δsk 的位置， xleg,body, yleg,body 作為 腿部在當前段 Δsk 移位到下一個其中央主體的腿預期點的終點的位置。這些坐標然后會被處理使得下個腿的位置會沿 著那個方向但在腿部的定義允許空間內(nèi)。 這種幾何結構產(chǎn)生 5 個區(qū)域。 SF 是用于防止腿的矯直預定的安全系數(shù)。 移動腿部 i 的基本原理是通過考慮沿路徑的機器人的前進方向來計算腿部的下一個可能位置。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預定的扭矩最大值 Tmax。此外，一些腿上的小作用力會導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，中心體的 運動將移動相對于腿部的允許空間，絕對會導致腿部退出它，從而迫使機器人前進腿中的方向的運動。中心體朝向其目標的運動會增加它到末端效應器上一些點的距離并且會減少到另一些點的距離。 這個“ 下一個可能的位置 ” 是一條腿的位于腿部的路徑向量允許 的空間內(nèi)的一個點。 像前面提到的那樣，四個狀態(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)，機器人移動它的中央機構到下一子步驟，之后再每個事例中重 復執(zhí)行該 4 狀態(tài)檢查。使用反向運動和靜態(tài)分析（第 2 節(jié)），我們得到機器人的末端效應器位置和作用于它們的力量。因此，機器人路徑的每個增量是 Δsk步驟分解成更小的、 δ、由身體運動進行的子步驟。我們將路徑離散成 里的元素。 機器人從一個更高水平的計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知識，因此在爬行時，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構配置是不可行的。我們的硬件是不能夠實現(xiàn)主動力控制的，這是 由于從致動器內(nèi)部的轉矩傳感器及主動力控制下的這種錯誤可能會導致穩(wěn)定性的喪失轉矩誤差讀數(shù)。 在這一節(jié)中，我們描述 CLIBO 的運動規(guī)劃算法，這使得它能夠爬上垂直的，粗糙的質感墻壁。這意味著關節(jié)扭矩不取決于墻上機器人的位置。 這些參數(shù)由伺服電機進行測量。 8 圖 4 機器人 xy 平面圖 對于每條腿，作用在關節(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器的力向量。過大的力表明腿部超載了。 腿部是由能夠測量操作腿關節(jié)扭矩的智能伺服電機組成的。由 余弦定理得到， θ2是： 由正弦規(guī)律得， θ1是： 當腿附著在墻壁上時，到墻壁 Z 的距離保持恒定。有了這些約束和假設，對所需的角度有四種不同的解決方案，兩個是給 θ1， θ2，另外兩個是給 θ3， θ4 的。這種假設是準確的，這么說是由于它將在運動算法內(nèi)所作的中心體的取向角進行校正，這將在后面詳述。這個反向運動學適用于關聯(lián)CLIBO 的中心體的單條腿。我們用框架 B 代表在相對于機器人的當前中心體位置腿部末端效應器中的位置。 因此，末端效應器相對于框架 L 的位置是： 6 其中， Li 是第 i 個鏈路的長度， θi 是 i 鏈路和 i1 鏈路之間的角度。它然后被轉換到中央主體框架 B。框架 L，固定在每條腿的第一個電擊傷，保證和框架 B 并行。為 了分析這種運動學，一組幀被連到了系統(tǒng)上（圖 3）。 設計機器人運動的第一步是分析它的運動。這種扭矩可能導致腿從墻壁上脫離。角旋轉的方式。它只能在墻壁的方向上移動，后退和前進。這些鉤子通過一根細的尼龍繩和鋁制機箱連接。此外，由于這種電機分布方式，機器人的質心從壁面移開并且因此脫離壁面。 一種可替代的腿構造已經(jīng)進行了檢驗。機器人的這種結構，允許他可以利用它 16 個電機中的 8 個朝任意期望的方向（ 360176。 腿部的這種設計給機器人提供了良好的步態(tài)能力。其中四個自由度是機動的，第五個，它是裝在每條腿的末端的夾緊裝置中，是一個被動自由度。 為了研制得到一種能夠攀爬粗糙壁面的作業(yè)機器人， CLIBO 的結構是按照這樣一種方式開發(fā)的，當被激活時，它會模仿一種四肢攀爬的攀巖技術。在第二部 分中，我們來回顧機器人的數(shù)學模型，模型描述了從它的設計中得到的運動學和靜態(tài)學模型。布置在建筑物的高處，機器人，作為一個觀測平臺，能夠提供有價值的軍事情報，以及協(xié)助搜尋和救援行動。用這個運動模型，作為這項工作一部分的運動算法結合了四條腿的控制器和智能執(zhí)行器的能力