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 仿青蛙跳跃机器人稳定性研究# 樊继壮，朱翔宇，张伟* （哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室，哈尔滨 150080） 5 10 15 20 25 30 摘要：在仿青蛙机器人的跳跃过程中，速度和角速度等关键参数对跳跃的稳定性有着决定性 影响。本文对现有仿青蛙机器人构建多传感器平台，在控制系统中增加了姿态和力感知单元， 实现了机器人跳跃姿态的实时数据采集，并且运用基于基于能量方法的着陆稳定判据对机器 人着陆的稳定性进行了研究。 关键词：仿生机械；跳跃稳定性；多传感器；稳定判据 中图分类号：TP242 Research of the Stability for Forg-inspired Jumping Robot FAN Jizhuang, ZHU Xiangyu, ZHANG Wei (State Key Laboratory of Robotics and System,Harbin Institute of Technology, Harbin 150080) Abstract: Taking off with hind leg and landing with foreleg is the main characteristic of the frog-inspired biomimetic robot, and it can also land with hind leg in special situations. Thus, the hoping stability can improve a lot because of the flexible landing patterns. In this paper, a multi-sensor platform is introduced by setting up some attitude sensors to collect data during jumping, and a stability criterion based on energy are presented to value the stability of jumping. Keywords: Bionic mechanical; stability of jumping; multi-sensors; stability criterion 0 引言 仿青蛙跳跃机器人是机器人研究领域的一个前沿性课题，其在越障和运动的敏捷性上具 有突出优势，能够适应未知的非结构化环境，具有活动范围广、应对突发事件能力强的特点 [1] 对于其运动性能至关重要[2]。 在仿青蛙机器人的跳跃过程中，速度和角速度等关键参数对跳跃的稳定性有着决定性影 响。本文以仿青蛙跳跃机器人为研究对象，对后足起跳、前足着地的间歇式跳跃机器人进行 稳定性的研究。通过构建机器人多传感器平台，采集仿青蛙机器人在起跳、腾空以及落地阶 段的传感器数据，对机器人运动过程进行分析，求得机器人跳跃轨迹和肢体末端位置等状态 参量，为以后进行机器人跳跃稳定性判别提供分析依据。 1 仿青蛙机器人系统 1.1  仿青蛙机器人本体结构 机器人机械本体结构如图 1 所示。主要由躯干、前肢和后肢三个部分组成，其中前肢用 35 于机器人自身姿态的调整和着陆阶段的缓冲，其上连接大臂和小臂的同步带能够保证冲击力 始终通过肩关节而不产生额外的扭矩，肘关节的扭簧和橡胶质地的足部用于落地的缓冲；机 器人后肢采用五连杆机构结合弹簧储能结构的方式，由直流伺服电机驱动，传动部分采用单 电机驱动两组腿机构，带动腿或弹簧的锁紧或释放，为机器人的起跳提供了良好的力学性能， 弹簧作为储能单元向机器人提供跳跃所需的能量；后肢和躯干由髋关节和腰关节相连，具有 基金项目：国家自然科学基金；教育部博士点新教师基金(200802131005)；哈尔滨工业大学科研 创新基金(HIT.NSRIF.2009016)；国家重点实验室自主课题(SKLRS201001C) 作者简介：樊继壮，(1976-)，男，讲师，主要研究方向：仿生机器人，移动机器人。 E-mail: fanjizhuang@hit.edu.cn -1-  40  外展和俯仰两个自由度，可以调整起跳角度和姿态，各关节分别由舵机驱动[3]。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?  图 1 仿青蛙跳跃机器人本体结构 Fig. 1 Structure of frog jumping robot ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?? 45  1.2  机器人控制及多传感器系统结构 机器人控制系统结构主要由上位机 PC、嵌入式主控制器组成。其中上位机 PC