移动机器人原理与设计 教学课件 作者 王曙光 第二章运动机构.pptVIP

第二章 移动机器人的运动机构 腿足式机器人 四足机器人步态 轮式机器人 轮和底盘 * 2.1 腿足式机器人 适应性和机动性好 结构和控制复杂 腿的数目 腿的自由度 2个自由度的腿 3个自由度的腿 动作：抬腿、摆腿、蹬腿、 弯腿 增加腿足的自由度可扩大机器人可行走的地形范围，增强了机器人以不同步态行走的能力；附加的自由度则带来了能量、控制和负荷等方面的问题。 稳定性 静态稳定 不需要依靠运动过程中产生的惯性力而实现的稳定叫做静态稳定 d = min{d1 ,d2 ,d3 } d0， 稳定。 c-----重心 重心的垂直投影始终落在三足支撑点构成的三角形区域内 动态稳定 在运动过程中，如果重力、惯性力、离心力等让机器人处于一个可持续的稳定状态，这种稳定状态称为动态稳定 合力的延长线与支撑区域的交点称为零力矩点ZMP。 所受重力和惯性力的合力的延长线通过支撑区域，即S0 两轮自平衡小车 摩擦力f、支持力N、重力G、惯性力F 机器人保持向前倾斜一个小角度的平衡状态 轮子必须在不断的加速，让 F惯性力保持不变 两轮自平衡机器人只能实现动态稳定 步态规划 步态(Gait)：是指在运动过程中，步行者的肢体在时间和空间上的一种协调关系，是移动腿有规律的重复顺序和方式. 支撑相：腿部着地的状态。 摆动相：腿由地面抬起，腿部处于空中的状态。 步态周期T：是指多足机器人完成一个步态所需要的时间，也就是机器人所有腿轮番完成一次“提起—摆动—放下”的动作所花费的时间。 占空系数 ：在一个步态周期T内，机器人的i腿处于支撑相的时间tpi和一个步态周期T的比值 四足机器人静态平衡方式的步态规划 1、在任何时候都有3条腿支撑地面，并且重心位于这三条腿与地面接触点构成的三角形内部。 2、机器人需要通过腿部运动，主动移动重心，才能实现机器人的整体运动。 占空系数是0.75 前进步态(1) 前进步态(2) 在重心前移的过程中总是4个支持足同时 着地，发生滑动会使很多能量浪费掉。所 以，如果能够在3个足着地的状态下进行 机械足的后蹬运动就会节省更多的能量。 前进步态的优化 转向步态 转向的优化 2.2 轮式移动机器人 轮子是人类的一项重要发明 （a）标准轮 （b）小脚轮（c）瑞典轮（d）球形轮 轮子和底盘结构 轮子和平台运动方向关系 轮子和底盘结构选取的原则 稳定性 静态稳定要求至少有3个轮子,若多于3个,需要一个悬挂系统以使所有轮子保持与地面接触. 机动性 向任意方向运动的能力,灵活性. 可控性 可控性和机动性之间存在逆相关性. 习题： 1.试给出腿足式机器人与轮式机器人的异同点。 2.试比较两轮、三轮、四轮运动机构的运动特性。 3.什么是步态？什么是步态规划？ 4.在进行四足机器人周期性步态规划时，需要遵循的两个原则是什么？ 5. 试简述静平衡和动平衡的概念，并举例说明。