[基礎(chǔ)科學(xué)]四足機(jī)器人爬行步態(tài)研究-文庫吧資料
2024-08-30 01:09本頁面
【正文】 機(jī)器人就可以實(shí)現(xiàn)要求達(dá)到步態(tài)規(guī)劃初始位置。機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)前都有個(gè)初始站位狀態(tài)，而初始站位往往和步態(tài)規(guī)劃的初始位置不相同。 (1) (2) (3) (4)（M機(jī)器人總質(zhì)量、大腿質(zhì)量、小腿質(zhì)量、頭部質(zhì)量、尾部質(zhì)量） 圖61 圖62 圖63 圖64 圖65 圖6：步態(tài)規(guī)劃過程 由于機(jī)器人的結(jié)構(gòu)對稱，所以在初始狀態(tài)時(shí)我們假定機(jī)器人的重心正好位于支撐長方形的對角線的交點(diǎn)上（圖61）；按照圖4所示的流程圖，首先應(yīng)該邁左后腿，為了滿足靜穩(wěn)定性要求，機(jī)器人的重心應(yīng)該經(jīng)過一個(gè)1的轉(zhuǎn)化過程（機(jī)器人右傾），使機(jī)器人的重心位于支撐三角形內(nèi)，然后經(jīng)過2的邁腿過程，機(jī)器人邁出第一條腿，抬腿還將對機(jī)器人重心產(chǎn)生一個(gè)較小的前移3（圖62所示）；邁左前腿時(shí)，機(jī)器人的重心已經(jīng)位于支撐三角形內(nèi)，機(jī)器人經(jīng)過邁腿1和2的重心前移完成左前腿的邁步動(dòng)作（圖63所示）；在邁右側(cè)腿前機(jī)器人需要一個(gè)1的重心側(cè)移（機(jī)器人左傾）過程，然后按照同樣的方式分別邁出右后腿和右前腿，分別如圖64和65所示。對圖5所的模型，我們建立以身體質(zhì)心為坐標(biāo)原點(diǎn)的隨動(dòng)坐標(biāo)系，因此可以得到機(jī)器人的質(zhì)心在任何時(shí)刻相對于身體質(zhì)心的位置情況（質(zhì)心表示為）。 基于重心的步態(tài)規(guī)劃分析一般在機(jī)器人的步態(tài)規(guī)劃的過程中都是假定機(jī)器人的身體重量遠(yuǎn)大于四肢的重量，所以忽略機(jī)器人的四肢的重量對整體質(zhì)心的影響，因此機(jī)器人的重心位置和身體的質(zhì)心位置重合，而且他們在機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上也基本按照這種思路設(shè)計(jì)。圖5：步態(tài)原理分析按照圖4的邁腿順序首先應(yīng)該邁出號(hào)腿，而保持支撐相，如果號(hào)要抬起，那么機(jī)器人的質(zhì)心必須位于II和Ⅲ組成的支撐三角形內(nèi)，此時(shí)號(hào)腿可以自由的邁腿，否則機(jī)器人會(huì)向號(hào)腿傾倒而使邁步失敗。爬行步態(tài)的實(shí)現(xiàn)過程就是穩(wěn)定性的分析過程，一般的學(xué)者將步態(tài)規(guī)劃和穩(wěn)定性分析單獨(dú)研究，而在實(shí)際的四足機(jī)器人的步態(tài)設(shè)計(jì)中，筆者認(rèn)為穩(wěn)定性分析和步態(tài)規(guī)劃是個(gè)結(jié)合體，彼此不可分離。為方便分析機(jī)器人的重心在運(yùn)動(dòng)過程中的轉(zhuǎn)變，在步態(tài)分析過程中我們一般采用單獨(dú)調(diào)整重心方式分析，即機(jī)器人在邁腿的過程中不作重心調(diào)整（不包括中間影響因素），也稱這種步態(tài)為非連續(xù)性爬行步態(tài)。不論采用哪種步態(tài)規(guī)劃，規(guī)劃的結(jié)果都是給各個(gè)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)賦予相應(yīng)的控制變量，可以是離線設(shè)計(jì)好的運(yùn)動(dòng)參數(shù)也可以是在線根據(jù)環(huán)境實(shí)時(shí)生成的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)函數(shù)。圖1：爬行步態(tài)時(shí)序關(guān)系圖2：美國Boston Bigdog 圖3：SILO4機(jī)器人左后腿右后腿右前腿左前腿圖4：直立型四足機(jī)器人爬行步態(tài)邁腿順序2步態(tài)規(guī)劃2．1 步態(tài)規(guī)劃介紹 步態(tài)規(guī)劃就是設(shè)計(jì)機(jī)器人的各關(guān)節(jié)的控制函數(shù)，使機(jī)器人產(chǎn)生穩(wěn)定的前進(jìn)位移，并且邁腿時(shí)腳掌不與地面撞擊。四足機(jī)器人腿部結(jié)構(gòu)主要有圖2和圖3兩種布置形式，我們稱圖2為爬行式四足機(jī)器人，圖3為直立型四足機(jī)器人。因此適合四足機(jī)器人的爬行步態(tài)方式僅有限幾種，而且不同的結(jié)構(gòu)形式的抬腿順序也有差異。爬行步態(tài)按照抬腿順序不同（即調(diào)整f1~f4的順序），爬行步態(tài)理論上可以有24種。爬行步態(tài)由于其占空比β≥，所以在任何時(shí)刻都有至少3條腿處于支撐相。本文在虛擬樣機(jī)中建立了四足機(jī)器人的模型，驗(yàn)證了步態(tài)規(guī)劃的效果，最后將設(shè)計(jì)的步態(tài)有效地應(yīng)用到了物理樣機(jī)中，實(shí)現(xiàn)了大型四足機(jī)器人的穩(wěn)定直線步行。本文針對大型四足機(jī)器人的特點(diǎn)，采
環(huán)評公示相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1