六足機器人自由步態(tài)規(guī)劃及運動機理研究.pdf

1、六足機器人具有豐富的步態(tài)和冗余的肢體結構，相比傳統(tǒng)的輪式、履式移動機器人，其可利用離散的地面支撐實現(xiàn)非接觸式障礙規(guī)避、障礙跨越以及不平整地面運動，對復雜地形和不可預知環(huán)境變化具有極強的適應性。隨著六足機器人基礎理論與相關技術的發(fā)展，可以預見，六足機器人將在未來的礦產采掘，星際探測，搶險救災和軍事偵查等國民經(jīng)濟和國防建設等各個領域表現(xiàn)出越來越強的優(yōu)勢。本文在國家863計劃(2012AA041508)、河北省自然科學基金(E20142021

2、54)和機器人技術與系統(tǒng)國家重點實驗室開放研究項目(SKLRS-2013-ZD-04)的支持下，針對六足機器人的基礎理論與關鍵技術問題進行深入研究，研制一種可在復雜非結構環(huán)境中全方位移動的六足機器人平臺，旨在通過六足機器人自由步態(tài)規(guī)劃及運動機理研究，提高復雜非結構環(huán)境中六足機器人的運動性能。本文的創(chuàng)新性工作及成果如下：
　　1.基于六足生物觀測實驗，研究六足生物結構的共性，在此基礎上，經(jīng)構型分析，設計了六足機器人的單足與機體結構，

3、考慮機器人整體運動性能，對機器人的關鍵結構參數(shù)進行了優(yōu)化，并結合虛擬樣機技術驗證其結構性能，以實現(xiàn)機器人半自主實時控制為目標，搭建了六足機器人軟、硬件控制系統(tǒng)，研制了一種可在復雜非結構環(huán)境中全方位移動的新型六足機器人。
　　2.針對六足機器人多足協(xié)調控制，提出了基于參數(shù)化的足端軌跡規(guī)劃方法，給出了機體工作空間的確定方法及邊界方程，基于運動相對性，將考慮姿態(tài)的機體運動規(guī)劃等效簡化為各支撐足獨立的足端軌跡規(guī)劃，提出了基于運動相對性的機

4、體運動規(guī)劃方法，在此基礎上，解除機體與擺動相足端的運動耦合，提出了一種多足協(xié)調控制方法，并對該方法的有效性進行了仿真驗證。
　　3.針對六足機器人自由步態(tài)規(guī)劃，基于離散化思想，建立了離散化步態(tài)模型，結合穩(wěn)定性分析，構建了六足機器人穩(wěn)定的位置狀態(tài)空間，將復雜的步態(tài)規(guī)劃問題轉化為穩(wěn)定的位置狀態(tài)空間中位置狀態(tài)間的排序問題，提出了基于離散化的自由步態(tài)生成算法，實現(xiàn)了六足機器人的穩(wěn)定行走。
　　4.基于平均穩(wěn)定裕量，分別針對結構化與非