【正文】 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。重新定義中心體沿路徑方向移動了機(jī)器人的中心結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致了接觸力分布的變化。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)）。四個狀態(tài)按照一個關(guān)鍵的順序布置，最關(guān)鍵的條件是被先檢查。 中心體的運(yùn)動是通過離開接觸點(diǎn)在 其當(dāng)前的位置，并使用閉鏈運(yùn)動移動該中心體以協(xié)調(diào)的方式進(jìn)行。其中參數(shù) ρ ∈ [0, Γ ]， Γ 是路徑末端的最大值。 10 CLIBO 的運(yùn)動原理是基于所述中心體沿一給定路徑上的運(yùn)動而來。 CLIBO 的控制是基于主動位置控制，而不是主動力控制。對這些方程式進(jìn)行數(shù)值求解以獲得接觸力。力量過小則表明一個腿已經(jīng)脫離了壁面。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。由于腿部的結(jié)構(gòu)，兩個側(cè)向接頭負(fù)責(zé)控制鉤爪到墻壁的距離和接近角度。 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)動學(xué)（ IK）。 讓框架 4 作為末端 效應(yīng)器框架?？蚣?O位于機(jī)器人的中心體，保證它和框架 W 并行。因此，該夾緊裝置通過兩個微型軸承連接到腿上，創(chuàng)造出了一個自由度軸。這種布置給每個鉤子提供了獨(dú)立的抓持能力。這種末端效應(yīng)夾緊裝置 （圖 2），模仿了貓攀爬時抓住物體或壁面的方式，是一種專為機(jī)器人運(yùn)動設(shè)計(jì)的獨(dú)特裝置。此外，機(jī)器人可以通過延伸腿來改變和墻壁的距離，以此根據(jù)壁圖 4 面條件來降低或升高自身位置。這兩個自由度也負(fù)責(zé)控制附著于墻壁的鉤爪，通過拉動末端效應(yīng)器（ EE）向地板施加向下的力，如下所述，并檢查反作用力。第四節(jié)展示了該設(shè)計(jì)和運(yùn)動規(guī)劃算法的實(shí)現(xiàn)。這種機(jī)器人的獨(dú)特設(shè)計(jì)一方面提供了機(jī)器人操縱能力，另一方面，能夠控制其位置和力的分布。作為設(shè)計(jì)目標(biāo)的一部分，機(jī)器人被假定為能夠以自行和可靠的方式移動。這樣的 設(shè)計(jì)具有不需要用于緊壓避免來平衡重量的尾狀結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。作為 CLIBO（ claw inspired robot 爪啟發(fā)機(jī)器人），這種機(jī)器人可以在某一位置固定很長一段時間。此外，該設(shè)計(jì)還提供給機(jī)器人審查其夾持力的能力以達(dá)到和保持在其附連到墻壁的高可靠性。為了實(shí)現(xiàn)這些設(shè)計(jì)目標(biāo)，機(jī)器人的設(shè)計(jì)和開發(fā)借鑒了人類四肢攀巖的方式和貓用腳爪爬樹的運(yùn)動方式。這樣的機(jī)器人也可以用于敵對區(qū)域無人掃描和作為運(yùn)載火力武 3 器及爆炸物的平臺。 這種機(jī)器人包含四個圍繞它中心對稱布置的四條腿。每條腿的前兩個電機(jī)驅(qū)使機(jī)器人的運(yùn)動。其中，第一個自由度的軸垂直于壁面，另外三個自由度的軸則平行于墻壁的表面。一小片盒裝環(huán)氧基樹脂將鉤子粘在串上。這種旋轉(zhuǎn)方式可以防止夾緊裝置主體和墻壁發(fā)生碰撞。因此，需要一個基于從伺服馬達(dá)獲得的位圖 5 置反饋的機(jī)器人的方向的數(shù)據(jù)的系統(tǒng)的分析方法?？蚣?i(i=1,2,3,4)是放置在電動機(jī) i 的軸線上并隨之旋轉(zhuǎn)。 由于每邊有四條腿鏡像分布，那么對于每條腿， rL 映射到框架 B 并且可以由矢量 rB表達(dá)： 是從框架 L 時到框架 B 的齊次變換，由繞 Y 軸旋轉(zhuǎn)所圍繞 φByx軸和 φBx制成。根據(jù)腿的匹配角度，反向運(yùn)動學(xué)被用來達(dá)到相對于中心體的末端效應(yīng)器的期望位置。因此，當(dāng)我們搜尋所有腿的相同結(jié)構(gòu)的解決方案時，框架 L 的每條腿都被固定為它鄰近腿的鏡像。使用這個反饋，我們可以計(jì)算作用在基于關(guān)節(jié)扭矩的末端效應(yīng)器的力。我們已經(jīng)得到了一個向量扭矩（和一個力 Fw） ： 其中 Mw, Fw,M0 是作用在中心體的扭矩和力。這個控制程序現(xiàn)在能夠在任何給定的機(jī)器人位置下實(shí)時解答這四個方程，給我們提供操作 機(jī)器人的力的信息。因 此導(dǎo)致平衡沒有被確認(rèn)。有用戶先爬行得到的路徑被離散成小 片段。 因此，沿著該路徑的第 k 個離散點(diǎn)是 sk = Sk(kΔρ)。 運(yùn)動規(guī)劃算法是一種反應(yīng)性算法，它可以不斷檢查以下四種狀態(tài)。狀態(tài) 1 與抓取裝置脫離墻壁的可能性相關(guān)聯(lián)。換句話說，這些腿必須在中心體的 δ步驟中在路徑方向上超前。由于這些原因，檢查狀態(tài) 3 和狀態(tài) 4 是有必要的。 如 節(jié)中描述的那樣，腿部有它的定義允許空間。允許的區(qū)域是區(qū)域 VI。 Ffree 是作用在末端效應(yīng)器的表示釋放腿部的最小作用力。 我們計(jì)算從腿部當(dāng)前位置到期望位置在腿部框架的當(dāng)前 Δsk 的末端表示的腿矢量。對于實(shí)現(xiàn)該算法，這個反饋能力是是必不可少的。然而，有效負(fù)荷承載力并沒有在此階段驗(yàn)證。 本文提出了一種四條腿的機(jī)器人， CLIBO（ 爪啟發(fā)機(jī)器人 ） ，能使用附著在墻上的鉤爪在粗糙表面攀爬。 angle in relation to a wall’s plane. Such rotation prevents the gripping device’s body from colliding with the wall. Since all the legs are fixed to the wall, the orientation of the legs must change as the robot moves its central body. The hooks attach to the wall and a change in orientation will apply torque on the gripping device about the axis perpendicular to the wall. This torque can cause the leg to disengage from the wall. In order to prevent this, a passive DOF was added to the gripping device’s axis. Thus, the gripping device is attached to the leg by two miniature bearings, creating 18 a 1 DOF axis. A small balancing weight was added to the gripping device in order to keep it horizontal as it approached the wall seeking to attach itself. . Kinematics The first step in designing the robot’s motion was to analyze its kinematics. Thus, a systematically analytical method was needed for acquiring the robot’s orientation data based on the position feedbacks obtained from the servo motors . Direct kinematics The use of direct kinematics makes it possible to pinpoint the position of the leg EEs as a function of the leg joint angles. Based on the joint angles, the EE positions can be calculated in relation to the global frame. In order to analyze the kinematics, a set of frames is attached to the system (Fig. 3). The robot moves relative to Frame W, the global frame. Frame 0, positioned on the robot’s central body, keeps its parallelism to frame W. Frame B is fixed to the robot’s central body. Frame L, fixed on the first motor of every leg, keeps its parallelism to frame B. Frames i (i = 1, 2, 3, 4) are frames placed on motor i’s axis and rotates with it. It is assumed that the robot moves in a plane parallel to the wall. 19 Since all legs are similar, although in a mirror view, the position of the EE is first located in relation to the position of the first motor (frame L). It is then transformed into the central body frame the leg is fully stretched sideways, all the angles are set to zero. Let frame 4 be the EE frame. The vector rL which expresses the position of the EE position at frame L is: where is a homogeneous transformation matrix from frame i to frame j, r4 is the position of the EE related to frame 4. Hence, the EE position with respect to the frame L: where Li is the length of the ith link, θi is the angle between link i ? 1 and link i. As there are four legs mirrored at each side, then for every leg,rL is mapped to frame B and is expressed by the vector rB: is the homogeneous transformation matrix from frame L to frame B where rotations by ?By around x axis and by ?Bx around y axis are made. Each leg’s constants, ?Bx and ?By, are given by the position of the leg around the central body and can be either 0176。此外，設(shè)計(jì)出各種涉及吸盤或磁鐵可以擴(kuò)大 CLIBO 可以攀登的表面。腿部脫離墻壁的速度最初設(shè)定為 米 /秒，產(chǎn)生使機(jī)器人下落的動態(tài)力。每個夾持器能夾持高達(dá) 2 公斤的重量。這些致動器是包含內(nèi)置的控制器，驅(qū)動器，通信協(xié)議和減速齒輪的組合式直流伺服電機(jī)。然后它將測量電機(jī)上的扭矩并計(jì)算腿上的接觸力 。這意味著，如果下一個腿部的期望位置 (x′leg, y′leg)在空間 V 內(nèi)，它會被糾正并重新定位在弧（由 Rmax得）和移動路徑相交的點(diǎn)（ xleg,yleg）上，如果下個腿部期望位置在區(qū)域 I 或者區(qū)域 II 中，那么將被分別糾正和重新定位在 a 或 b 點(diǎn)。 因此， Rmax 定義了腿部末端效應(yīng)器的 xmax 和 ymax。在一個執(zhí)行器過載的狀態(tài)下，機(jī)器人以非常小的步子從過載腿移開它的中心體來修改腿的取向和平衡執(zhí)行器的扭矩。腿部前進(jìn)和允許空間定義會在 章中更詳細(xì)地描述。對于腿部的每一個位置，一個腿的路徑向量被定義為從它的當(dāng)前位置開始并指向其最終位置。這個過程不斷進(jìn)行直到機(jī)器人達(dá)到設(shè)定的增量 Δsk的末端。對于每個增量 Δsk，機(jī)器人的中心體沿著起點(diǎn)和增量的端部產(chǎn)生的直線以 δ 步驟移動。我們想要沿著給定的參數(shù)化路徑 S(ρ): R ?→ R2 移動機(jī)器人的中央機(jī)構(gòu)。沒有關(guān)于表面紋理的先驗(yàn)知識，因此這類假設(shè)是不可避免的。這個運(yùn)動規(guī)劃是基于電機(jī)能夠測量所施加的扭矩和因此估算夾持器上接觸力的能力而來。 因此，我們得到四個方程： 9 這四個方程是顯示未知參數(shù) fx, fy, fz , θ0 特征的關(guān)節(jié)力矩表達(dá)式。對機(jī)器人的穩(wěn)定性來說這是很危險的，需要立即處理。因此，限定距離 Z 的 θ3和 θ4的總 7 和保持不變并且由 k 給出。此外，該中心體到 墻壁的距離被限制在定義域 Z 內(nèi)。然而，因?yàn)橥仁窍嗨频?，所有的腿的運(yùn)動將在框架 L 通過相同的全局功能 控制。當(dāng)腿部完全拉伸時，所有角度都被設(shè)置為零度。機(jī)器人相對于框架 W、全局框架移動。 為了防止這種情況，一個被動的自由度被加入到該把持裝置的軸上面。一系列鉤子抓握實(shí)驗(yàn)同時表明鉤子能夠約束彼此抓取物體的干擾和丟失情況。每個腿的四個驅(qū)動器都和每條腿的頂部的末端效益器組裝。）移動。前兩個自由度，其軸垂直于墻壁，使機(jī)器人