JTUWM-Ⅲ四足機(jī)器人trot步態(tài)運(yùn)動特性研究.pdf

1、目前國內(nèi)外對四足步行機(jī)器人的研究已取得了一系列的重要進(jìn)展，但距離實用還有一段距離，原因在于所能實現(xiàn)的穩(wěn)定步行速度相對于其它運(yùn)動方式要慢很多。如果要進(jìn)一步提高速度，機(jī)器人必須采用trot等步態(tài)的動態(tài)步行。然而到目前為止，在已研制出的各種四足步行機(jī)器人中，多數(shù)只能實現(xiàn)靜態(tài)穩(wěn)定步行，能實現(xiàn)動態(tài)穩(wěn)定步行的很少。 鑒于如何實現(xiàn)動態(tài)穩(wěn)定步行是決定四足步行機(jī)器人能否實用化的關(guān)鍵問題，本課題重點在于針對我們研制的JTUWM-Ⅲ四足步行機(jī)器人tr

2、ot步態(tài)運(yùn)動特性進(jìn)行研究，以期從中找出影響動態(tài)穩(wěn)定步行的因素，為實現(xiàn)四足機(jī)器人的動態(tài)穩(wěn)定步行奠定基礎(chǔ)。 研究內(nèi)容主要包括四足機(jī)器人trot步態(tài)運(yùn)動機(jī)理、動力學(xué)建模仿真及失穩(wěn)判據(jù)研究、關(guān)節(jié)反力對機(jī)器人軀體運(yùn)動影響的研究、機(jī)器人步態(tài)規(guī)劃參數(shù)等對步行運(yùn)動的影響研究、擺動足的軌跡規(guī)劃對運(yùn)動的影響研究。在以往所作大量理論及實驗研究基礎(chǔ)上主要采用理論分析、建模并結(jié)合虛擬樣機(jī)仿真試驗的研究方法。 通過課題研究提出以下主要結(jié)論：(1)四

3、足機(jī)器人的橫向穩(wěn)定性是影響機(jī)器人trot步態(tài)步行穩(wěn)定性的關(guān)鍵；位于機(jī)器人軀體后側(cè)的擺動足先進(jìn)入支撐相所形成與地面間的碰撞導(dǎo)致機(jī)器人向軀體側(cè)前方翻轉(zhuǎn)，這個翻轉(zhuǎn)方向是機(jī)器人在步行過程中容易發(fā)生傾倒的方向，此相位是四足機(jī)器人易于傾倒的危險相位；得出了JTUWM-Ⅲ四足機(jī)器人要保持步行穩(wěn)定性其橫向翻轉(zhuǎn)角速度必須要滿足的范圍，并提出了利用橫向失穩(wěn)來判斷四足機(jī)器人trot步態(tài)步行是否失穩(wěn)的具體方法——橫向穩(wěn)定裕量(LSM)方法； (2)通過

4、所建立的四足機(jī)器人起步時繞支撐對角線的翻轉(zhuǎn)力矩模型，從理論上驗證了該力矩對機(jī)器人運(yùn)動姿態(tài)及步行穩(wěn)定性的不利影響，如改變了機(jī)器人軀體姿態(tài)，加劇了機(jī)器人與地面間的碰撞作用，增大機(jī)器人姿態(tài)控制的難度等，得出了機(jī)器人起步時軀體繞支撐對角線的翻轉(zhuǎn)角度與步行周期的平方及步長成正比的結(jié)論；發(fā)現(xiàn)了起步姿態(tài)對步行運(yùn)動穩(wěn)定性有很大的影響，在勻速步行條件下當(dāng)機(jī)器人支撐足在足坐標(biāo)系中的初始前移距離為步幅的1/3時，機(jī)器人軀體的姿態(tài)變動最小，同時機(jī)器人具有最好的