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一种粗糙地形下四足仿生机器人的柔顺步态生成方法
  • ISSN号:1002-0446
  • 期刊名称:《机器人》
  • 时间:0
  • 分类:TP242.6[自动化与计算机技术—控制科学与工程;自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
  • 作者机构:[1]北京交通大学机械与电子控制工程学院,北京100044, [2]清华大学机械工程系,北京100084, [3]国防科学技术大学机电工程与自动化学院,湖南长沙410073
  • 相关基金:国家863计划资助项目(2011AA040801);国家自然科学基金资助项目(61375099);中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2012JBM088)
中文摘要:

传统以刚体动力学为基础的四足机器人运动控制方法对地形误差敏感,无法适应粗糙复杂地形,因此提出一种基于虚拟模型的运动控制方法用于实现四足机器人在粗糙地形下的行走.建立了以足底接触力为约束的高层步行任务和底层运动控制的映射关系.采用弹簧-阻尼-质量虚拟模型对四足机器人进行建模,将四足机器人的步行任务用一系列作用于机体质心的虚拟力去表征,基于各足等效力矩平衡的原则,将笛卡儿空间的虚拟力矢量分配到各支撑足,利用雅可比矩阵把足端力矢量转换为机器人关节空间的关节转矩.针对崎岖的空间3维粗糙地形,建立了机器人躯干姿态与地形的关联参数,通过调整躯干姿态有效扩大了机器人对粗糙地形的适应程度.运动仿真结果表明,机器人可以实现粗糙地形下稳定连续的行走,足底接触力平稳、无冲击,证明了该柔顺步态生成方法的合理性和有效性.

英文摘要:

The conventional dynamic-based motion control for quadruped robots is sensitive to terrain errors and has difficulty in adapting to rough terrains. For this problem, a virtual model based motion control method is proposed for a quadruped robot walking on rough terrains. The mapping relationship between the high level locomotion task and low level motion control is built to satisfy the constraints of feet contact forces. The quadruped robot is built as a spring-damper-mass model. The locomotion task of the quadruped robot is represented using virtual forces acting on the mass centre of the body. A principle that all feet of the quadruped robot have balanced equivalent torques is assumed, based on which the virtual force vectors solved in Cartesian space are distributed to all supporting feet. The Jacobian matrix for each single leg is employed to convert the feet forces in Cartesian space into joint torques in joint space. As for rough terrains with 3D slopes, the trunk posture of the quadruped robot is changed according to the current terrain parameter so as to improve the robot's ability to adapt to highly-rough terrains. Dynamic simulations results show that the quadruped robot traverses the rough terrains successfully with small trunk undulations and steady ground forces on the feet. Therefore, the effectiveness of the presented compliant gait generation approach is proved.

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期刊信息
  • 《机器人》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国自动化学会 中国科学院沈阳自动化研究所
  • 主编:王越超
  • 地址:沈阳市南塔街114号
  • 邮编:110016
  • 邮箱:jqr@sia.ac.cn
  • 电话:024-23970050
  • 国际标准刊号:ISSN:1002-0446
  • 国内统一刊号:ISSN:21-1137/TP
  • 邮发代号:
  • 获奖情况:
  • 中文核心期刊(2000年)
  • 国内外数据库收录:
  • 荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:11997