【正文】 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。 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。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。然而，有效負(fù)荷承載力并沒有在此階段驗(yàn)證。每個(gè)夾持器能夾持高達(dá) 2 公斤的重量。對于實(shí)現(xiàn)該算法，這個(gè)反饋能力是是必不可少的。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)。 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。然后它將測量電機(jī)上的扭矩并計(jì)算腿上的接觸力 。 Ffree 是作用在末端效應(yīng)器的表示釋放腿部的最小作用力。這意味著，如果下一個(gè)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(gè)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)。允許的區(qū)域是區(qū)域 VI。 因此， Rmax 定義了腿部末端效應(yīng)器的 xmax 和 ymax。 如 節(jié)中描述的那樣，腿部有它的定義允許空間。在一個(gè)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。由于這些原因，檢查狀態(tài) 3 和狀態(tài) 4 是有必要的。腿部前進(jìn)和允許空間定義會在 章中更詳細(xì)地描述。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。對于腿部的每一個(gè)位置，一個(gè)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。狀態(tài) 1 與抓取裝置脫離墻壁的可能性相關(guān)聯(lián)。這個(gè)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。 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)。對于每個(gè)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。 因此，沿著該路徑的第 k 個(gè)離散點(diǎn)是 sk = Sk(kΔρ)。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)。有用戶先爬行得到的路徑被離散成小 片段。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。因 此導(dǎo)致平衡沒有被確認(rèn)。這個(gè)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。這個(gè)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(shí)解答這四個(gè)方程，給我們提供操作 機(jī)器人的力的信息。 因此，我們得到四個(gè)方程： 9 這四個(gè)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。我們已經(jīng)得到了一個(gè)向量扭矩（和一個(gè)力 Fw） ： 其中 Mw, Fw,M0 是作用在中心體的扭矩和力。對機(jī)器人的穩(wěn)定性來說這是很危險(xiǎn)的，需要立即處理。使用這個(gè)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。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。因此，當(dāng)我們搜尋所有腿的相同結(jié)構(gòu)的解決方案時(shí)，框架 L 的每條腿都被固定為它鄰近腿的鏡像。此外，該中心體到 墻壁的距離被限制在定義域 Z 內(nèi)。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。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。 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(shí)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。當(dāng)腿部完全拉伸時(shí)，所有角度都被設(shè)置為零度?？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)。機(jī)器人相對于框架 W、全局框架移動。因此，需要一個(gè)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。 為了防止這種情況，一個(gè)被動的自由度被加入到該把持裝置的軸上面。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。一系列鉤子抓握實(shí)驗(yàn)同時(shí)表明鉤子能夠約束彼此抓取物體的干擾和丟失情況。一小片盒裝環(huán)氧基樹脂將鉤子粘在串上。每個(gè)腿的四個(gè)驅(qū)動器都和每條腿的頂部的末端效益器組裝。其中，第一個(gè)自由度的軸垂直于壁面，另外三個(gè)自由度的軸則平行于墻壁的表面。）移動。每條腿的前兩個(gè)電機(jī)驅(qū)使機(jī)器人的運(yùn)動。前兩個(gè)自由度，其軸垂直于墻壁，使機(jī)器人能夠前進(jìn)移動。 這種機(jī)器人包含四個(gè)圍繞它中心對稱布置的四條腿。在第三節(jié)中，我們討論了基于抓取質(zhì)量措施和機(jī)器人運(yùn)動學(xué)的運(yùn)動規(guī)劃算法。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。我們用 CLIBO 實(shí)驗(yàn)表明了可 靠的爬壁是可行的。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。 這種能力顯著提高機(jī)器人的移動性和工作區(qū)域并且 具有重要的軍事和民用的優(yōu)勢。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。每條腿的端部是由十二個(gè)魚鉤組成的夾持裝置，這些鉤子以一種特殊的方式對齊使得每個(gè)鉤子可以在墻壁的表面獨(dú)立運(yùn)動。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(shí)間。 這樣的能力具有很重要的民用和軍事優(yōu)勢，如用來監(jiān)視、觀察、搜索和救援，甚至也能用于娛樂和游戲方面。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)。構(gòu)建了一個(gè)實(shí)驗(yàn)機(jī)器人來驗(yàn)證模型和它的運(yùn)動算法。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?；谶@種設(shè)計(jì)的機(jī)器人被稱為 CLIBO (爪啟發(fā)機(jī)器人 )。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。在民用方面，這種機(jī)器人可以部署在高危環(huán)境下進(jìn)行回收各種操作進(jìn)程和狀態(tài)的信號。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)。每條腿都具有五自由度。這兩個(gè)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。在鉤附著和確定了所述壁面的距離 （由電機(jī) 3 和電機(jī) 4）之后，機(jī)器人的運(yùn)動是由每條腿的前兩個(gè)電機(jī)執(zhí)行的。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。這樣 的結(jié)構(gòu)具有可負(fù)荷攀爬和橫向運(yùn)動的優(yōu)點(diǎn)。這種末端效應(yīng)夾緊裝置 （圖 2），模仿了貓攀爬時(shí)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。掛鉤之間是導(dǎo)軌，防止它們糾纏在 一起和限制被動兼容的自由度上的環(huán)氧基樹脂片。這種布置給每個(gè)鉤子提供了獨(dú)立的抓持能力。因?yàn)樗械耐缺还潭ㄔ趬ι希?dāng)機(jī)器人移動它的中心主體時(shí)，腿的取向必須改變。因此，該夾緊裝置通過兩個(gè)微型軸承連接到腿上，創(chuàng)造出了一個(gè)自由度軸。 直接運(yùn)動學(xué)的使用使得精確用一個(gè)腿關(guān)節(jié)角度函數(shù)定位腿部末端效應(yīng)器的位置成為可能?？蚣?O位于機(jī)器人的中心體，保證它和框架 W 并行。假設(shè)機(jī)器人能夠在平行于墻壁的平面移動。 讓框架 4 作為末端 效