三肢体机器人交叉步态运动规划研究.pdfVIP

高技术通讯2012年第22卷第11期：1189～1194 1．013 doi：10．3772／j．issn．1002-0470．2012．1 三肢体机器人交叉步态运动规划研究① 樊继壮②一+ 李立毅+ 朱延河” 赵杰” (‘哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院 哈尔滨150080) (”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) 摘要对一种新型三肢体腿臂融合机器人的独特交叉步态进行了运动规划。为了提高 该机器人行走过程中的姿态稳定性和吸附稳定裕度，采用遗传算法求解其交叉步态行走 过程中吸附支撑足的吸附机构受载目标优化问题，对其交叉步态进行优化，得到了相应的 步态优化算法和优化参数。仿真和试验结果表明，机器人采用优化后的交叉步态行走时， 机器人对吸附支撑机构的作用力矩除运动开始处为固定值外，行走的其余过程中得到了 有效的降低，并且机器人运动平稳，具有很好的运动连续性和平稳性。 关键词肢体机器人，步态规划，步态优化，仿真 的多样性、连续性、平稳性作为主要设计指标。本研 0 引言 究对这种机器人的交叉步态行走方式进行了运动规 划，并提出了一种基于稳定性最优的步态优化算法， 肢体机器人是在对四足哺乳动物和六腿昆虫进 以提高机器人行走姿态的稳定性和吸附稳定裕度。 行功能仿生的基础上提出的一种新型仿生机器 理论计算和实验结果验证了此规划算法的有效性。 人…。肢体机器人实现了腿臂机构融合和肢体机 构一体设计，在其移动时肢体转变为行走机构，在其 1 机器人结构及运动形式 执行对目标物体的操作时，肢体可转变为操作机构， 克服了腿、臂机构独立设计式移动机器人本体重量 图1所示为所研制的三肢体机器人。机器人采 大、机构设计复杂的缺点，因而说，肢体机器人的研 用三分支结构，共具有9个运动关节。其中肢体2、 制对移动机器人的发展与应用具有重要意义旧3J。 3机构形式相同，各具有髋、膝和踝三个关节，肢体1 无髋关节，具有膝、回转和踝三个关节，各关节均由 目前主要采用两种方法实现肢体机器人的腿臂 直流伺服电机驱动，且除肢体1回转关节外，其余关 融合功能：一种是基于控制方法的融合，如南洋理工 节均采用涡轮蜗杆传动以实现关节自锁。机器人的 大学的机器人LAVA、日本KIMURA实验室研制的 各肢体末端都设计有操作机构和一种基于内平衡原 机器人T—Hexs；另一种是采用机构融合的方法，如 理的永磁吸附机构，两种机构背靠背设计，利用踝关 日本大阪大学研制的机器人MELMANTIS一1、AS— 节电机驱动实现操作机构与吸附机构的转换。当吸 TERISK以及日本东京工业大学研制的探雷排雷机 附机构翻出时，肢体转变为具有吸附功能的行走机 器人TITAN—IX。本项目对一种新型的机构融合式 构，如果操作机构翻出，则肢体转变为具有操作抓取 三肢体机器人进行了步态规划研究。该机器人采用 功能的多自由度操作臂。在机器人的每个足上还装 三分支机构，可应用于大型储存罐的检测、船体检查