基于多維度空間耦合的六足機器人非平坦地形下步態(tài)規(guī)劃.pdf

1、六足機器人具有冗余的結(jié)構(gòu)和離散的落足點，能夠?qū)崿F(xiàn)多種步態(tài)方式，具有較強的地形適應(yīng)能力，因此適合在戶外非平坦地形下作業(yè)。在非平坦地形下，六足機器人一個步態(tài)周期包括三個過程:(1)機器人機身重心移到工作空間內(nèi)指定的點;(2)擺動腿抬起落到理想落足點;(3)擺動相和支撐相互換，新的擺動相落到理想落足點，即機器人步態(tài)規(guī)劃過程主要分為機身運動規(guī)劃、足端落足點評估以及擺動腿運動規(guī)劃，這三方面的研究對六足機器人在非平坦地形下實現(xiàn)穩(wěn)定、高效和準(zhǔn)確的步態(tài)

2、具有重要的意義。
　　本文詳細討論了六足機器人在非平坦地形下步態(tài)規(guī)劃過程中涉及到的機身運動規(guī)劃、足端理想落足點評估以及擺動腿運動規(guī)劃問題，主要研究工作和成果如下:
　　首先，根據(jù)D-H(Denavit-Hartenberg)算法和矢量圖法，對機器人運動學(xué)進行建模，包括正、逆運動學(xué)建模和微分運動學(xué)建模，并通過Matlab對機器人L2的足端工作空間進行仿真驗證。在此基礎(chǔ)上，針對現(xiàn)有局部環(huán)境建模算法擬合度低的問題，提出一種基于多曲

3、線擬合的局部環(huán)境建模算法，該算法具有時間復(fù)雜度低、擬合精度高的優(yōu)點。結(jié)合機器人運動學(xué)模型和局部環(huán)境模型，求解機器人足端可達工作空間。
　　其次，針對數(shù)值解析法對機身工作空間求解過程較為復(fù)雜的問題，提出一種基于多維度空間耦合的機身工作空間求解算法，該算法通過耦合多個機身工作子空間得出機身工作空間，不涉及腿部逆運動學(xué)求解，算法效率較高。在此基礎(chǔ)上，通過分析機身“死鎖”原因，提出機身“死鎖”的解決措施。提出一種基于運動相對性的機身位姿調(diào)

4、整算法，求解機身位姿與站立腿關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角之間的映射關(guān)系，基于此，對機身初始運動參數(shù)進行優(yōu)化，完成六足機器人在非平坦地形下的機身運動規(guī)劃。
　　再次，根據(jù)現(xiàn)有落足點評估算法，提出一種基于多重約束的落足點評估算法，該算法耦合了地形幾何結(jié)構(gòu)約束和機器人運動狀態(tài)約束，在落足點評估過程中，不容易出現(xiàn)“壞點”。在此基礎(chǔ)上，對擺動腿進行運動規(guī)劃，主要包括擺動腿足端軌跡規(guī)劃、擺動腿最大步幅規(guī)劃以及擺動腿數(shù)量選擇。
　　然后，通過Matlab對機

5、身在姿態(tài)角分別為0°、10°和15°的初始工作空間進行仿真驗證，仿真結(jié)果表明機身工作空間隨著姿態(tài)角的增大而減小;通過Matlab和Adams聯(lián)合仿真，對比兩種機身運動規(guī)劃算法的落足點可達性、最小穩(wěn)定裕度以及機身姿態(tài)角變化幅度，驗證機身運動規(guī)劃算法的正確性;對比環(huán)境三維模型圖和Matlab中的環(huán)境擬合圖，驗證局部環(huán)境建模算法的正確性;對比兩種落足點評估算法的擺動腿步幅，驗證落足點評估算法的正確性;對比不同軌跡下的足端速度和加速度曲線圖，驗