可侧向摆动的欠驱动双足机器人

2012年07月02日16:56:19 本网站我要评论(2)字号：T | T | T

关键字：通信

隋　振，徐　凤，刘金莲，田彦涛
吉林大学通信工程学院，吉林长春

吉林大学工程仿生教育部重点实验室，吉林长春

摘　　　要：为解决机器人的侧向平衡问题，同时为使机器人的行走空间由二维扩展到三维，确立了可以侧向周期稳定偏转的有弹性脚的欠驱动步行机器人模型。根据混合动力系统的特点，建立了侧向摆动方程及脚碰撞地面的方程，并利用数值仿真得到了不同初始状态下的稳定极限环。根据运动状态分析，找到了弹性脚的欠驱动步行机器人所允许的侧向偏转范围。施加基于能量的控制可以消除摆动过程中出现的干扰，使欠驱动步行机器人回归到稳定状态，稳定的侧向摆动保证了欠驱动步行机器人的稳定行走。

关　键　词：侧向平衡；侧向偏转；弹性脚；基于能量的控制

１　引　言
二维双足机器人本身固有稳定性，其动态分析、控制以及优化问题也已基本得到解决［１］。然而在三维空间，机器人不仅出现纵向行走，还出现了侧向倾斜［２］。在行走过程中，双足机器人总会有一只脚脱离地面一段时间，而两只脚又未被放置在一条中心线上，所以行走中的双足机器人一定会出现侧向倾斜，所谓侧向倾斜是指机器人绕纵向运动轴的旋转［２］。若机器人的侧向平衡性差，将导致机器人根本无法稳定行走，或者其行走状态由于受到侧向摆动的影响很难提供有价值的研究信息。解决双足机器人侧向平衡的方法一般有２个，一个是利用刚性约束，将机器人的运动严格限制在二维空间；二是改进机器人的结构，使其侧向平面内具有一定的弧度，并通过侧向平面内不断有规律的晃动来维持侧向平衡［３４］。为了简化分析，早期所做的研究大都采用第一种方法，例如ＭａｃＧｅｅｒ［５６］，Ｇｏｓｗａｍｉ［７］，Ｏｓｕｋａ［８９］等。目前，第二种方法越来越受到青睐［１０１１］，因为该法不仅解决了侧向平衡问题，而且使机器人的行走由二维空间扩展到了三维空间［１２］。双脚的设计首先要保证机器人被动运动模式的存在，其次要保证机器人的侧向平衡。本文采用方法二的设计思想，利用弹性元件来吸收和释放行走过程中的侧向动态能量。调试过程中，被动弹性元件缓冲了机器人的侧向运动，实现了机器人的侧向动态平衡。建立了欠驱动双足行走机器人的侧向混合系统模型，着重讨论了摆动阶段及碰撞转换阶段的方程。较后，通过实验仿真验证了新型弹性脚的优越性及所选模型参数的合理性，为三维欠驱动双足步行机器人的研究奠定了基础。

登录网站后可下载文件

可侧向摆动的欠驱动双足机器人

相关阅读: