0 - 70
3
0 - 70
0 - 70
0 - 70
0 - 70
4
0 - 70 ±80 + 490
0 - 70
0 - 70
5
0 - 70
0 - 70 ±80 + 490
0 - 70
6
0 - 70
0 - 70
0 - 70
0 - 70
7
0 - 70
0 - 70
0 - 70
0 - 70
8 0 - 70 0 - 70 0 - 70 ±80 + 490
了四足步行机器人腿机构的
驱动方案。
图 1 缩放式机构
1 四足步行机器人稳定步态参数 1. 1 四足步行机器人运动参数
收稿日期: 2001 09 23 作者简介: 徐轶群 (1963- ) , 男 (汉) , 安徽, 工学硕士, 副教授
E2m ail: xuyiqun@p ub lic. xm. fj. cn
采用液压伺服马达加 PL C 控制方案, 有比较大灵活 性, 可以改变行走速度。 对步距误差可以通过 PL C 加以修 正, 保证稳定性。 但是, 成本较高, 在室外行走时, 电源问题 和油的泄露问题比较难解决。显然采用凸轮来控制, 其结构 简单, 性能可靠, 成本低, 尤其适合室外行走的机器人, 采用 圆柱凸轮还可以使结构紧凑。 比较不利的是安装精度要求 高, 尤其是四条腿 8 个凸轮转动的相位差要求有较高的精 度, 行走过程中出现误差补偿比较难。
Fx
K + 1 0 Cx
=
(4)
Fy
0
K Ay
式中: K = B D A B , 称为该缩放机构的缩放比。 图 4 所示 为一条腿在抬起、跨出、落地、支撑的过程中腿机构相对机
体的位置。请特别注意、行走时机体不起伏,
支撑腿不能有 yy 方向的运动, 仅在 x x 方向滑快 2 相对机 体做匀速运动, 其速度为
[ 3 ] 汪培庄. 模糊集合论及其应用[M ]. 上海: 上海科学技术出版 社, 1983
[ 3 ] 钱涛, 张融甫. 四足步行机运动学和运动控制. 1989, 10 (1) [ 4 ] 轶群, 万隆君. 四足步行机器人稳定性步态分析[ J ]. 制造业
自动化, 2001, (8) [5 ] Song S M , W altron K J. M ach ines tha t W a lk, the Adptive
考虑到实际情况: 要求室外行走, 成本低, 结构简单, 采 用凸轮控制方案。 实例如下:
确定腿部尺寸: A D = 306 mm , A B = 51 mm , 缩放系数 K 1= A D A B = 6, 或 K = B D A D = 5, A B = D F , A B = D E = B C。
Suspen sion Veh icle[M ]. T he M IT P ress, Cam b ridge, 1989 [ 6 ] L EE T T , Sh in C L. A study of the gait con tho l of a
quad rup ed w alk ing veh icle [ J ]. IEEE Journa l of Robotics and Automa tion, 1986, RA 22 (2) : 61～ 68
将第一层的输出作为第二层的输入代入式 (3) 可得方案一
的相对优属度
u
2 1
=
0.
536。
同样计算得方案二的第一层输出为
u
1 2
=
(0. 352, 0. 352, 0. 352, 0. 352, 0. 352, 0. 352, 0. 352,
0. 352, 0. 352, 0. 352, 0. 352, 0. 352, 0. 352, 0. 352)
单腿步距 A 单腿从抬起到落地过程中, 机器人机体 相对地面的位移。
负荷因数 Β 单腿在地面支撑时间和四条腿作一次循 环时间的比值。
上述各参数随 S 的变化而变化, 故 Κ(S )、E (S )、A (S )、 Β(S ) 是表示在该稳定裕量 S 下的各计算值。
四足行走机器人在行走
时机体首先要保证静态稳
第 22 2003
年卷 第1
1期 月
机械科学与技术 M ECHAN ICAL SC IEN CE AND T ECHNOLO GY
文章编号: 100328728 (2003) 0120086202
JVanoul a2r2y N20o.031
徐轶群
四足步行机器人腿机构及其稳定性步态控制
徐轶群, 万隆君
确定运动参数: 行走速度 70 mm s、腿抬跨的最大高度 80 mm、取稳定富裕量 S = 70 mm、步长 Κ(S ) = 560 m , 则一 个周期耗时 560 70= 8 s, A (S ) = 70 mm , E (S ) = 490 mm。 表 1 所示在一个周期内四条腿相对机体的位移, 也可以从 表中看到四条腿之间的相位差。
(集美大学 轮机工程学院, 厦门 361021)
摘 要: 结合实际, 详细地分析了四足步行机器人的步态和腿机构的运动关系, 并在此基础上给出了四足步行机器 人腿部机构和驱动控制方案。 关 键 词: 步行机器人; 步态; 步行机构 中图分类号: TH 11 文献标识码: A
L eg M echan ism of a Quadruped W a lk ing Robot and its Stab il ity Ga it Con trol XU Y i2Q un,W AN L ong2jun
图 4 一条腿在一个跨步周期内腿相对机体的位置 表 1 四足机器人缩放式腿机构驱动点相对机体的位移 (mm )
时刻 ( s)
腿1
滑块 1 滑块 2
腿4
滑块 1 滑块 2
腿2
滑块 1 滑块 2
腿3
滑块 1 滑块 2
1 ±80 + 490
0 - 70
0 - 70
0 - 70
2
0 - 70
0 - 70
0 - 70
示) 由于它具有运动解藕性、
易于控 制, 又 由 于 它 具 有 缩
放性, 原 动 件 小 位 移 可 以 获
得大的足端运动空间。 因此,
被广泛的采用作为机器人的
腿部机构。 本文结合为某市
恐龙灯会设计的四足行走恐
龙, 详细 地 分 析 了 四 足 步 行
机器人的步态和腿机构的运
动关系, 并 在 此 基 础 上 给 出
1. 2 四足机器人机体和腿部运动
第1期
徐轶群等: 四足步行机器人腿机构及其稳定性步态控制
87
四条腿在一周期循环的过程中, 机体始终相对地面作
匀速运动 (只考虑匀速的情况)。腿部的运动分个两个过程:
①支撑腿在支撑过程中, 机体向前移动, 足尖相对机体向后
运动; ②在抬跨过程中, 足尖的运动是由随机体的向前运动
(上接第 8 页)
当检测压力迅速下降, 并且增压不起作用时, 程序认为 试件已破裂, 因此程序将关闭阀门, 中止实验。 该模块还具 有急停、胀形模拟、操作帮助等功能。 并将此过程产生的相 应的数据存储在胀形过程数据文件中。 胀形结果分析模块 根据胀形控制结果数据, 对其进行分 析, 并打印输出分析报告, 包括: 理论数据曲线、控制数据曲 线、实时控制数据曲线、及理论数据与实测数据的误差分析 等内容。
(下转第 91 页)
第1期
李海滨等: 两级模糊模式识别模型及在起重机机构系列主参数择优中的应用
91
u
1 1
=
(0. 940, 0. 889, 0. 940, 0. 959, 0. 940, 0. 940, 0. 917,
0. 959, 0. 959, 0. 889, 0. 889, 0. 959, 0. 917, 0. 959)
定。因此, 其运动的任一时刻
至少应有三条腿与地面接触
支撑机 体, 且 机 体 的 中 心 必
须落在三足支撑点构成的三
角形区域内, 如图 2 所示, 在
这个前提下四条腿才能按一 图 2 步行机器人位移方
定的顺序 (绝大部分大型肢
向上的稳定裕量
体动物按 1423 顺序抬腿[4～ 6]) 抬起和落地, 实现行走。
和足尖相对机体向前抬跨运动的合成。 在稳定裕量为 S 下, 下列的运动关系成立[4～ 6 ]:
Κ(S ) = 4 × A (S ) + 4S
(1)
E (S ) = 3 × A (S ) + 4S
(2)
Κ(S ) = E (S ) + A (S )
(3)
式中: Κ(S ) = 4×A (S ) + 4S 表示机体相对地面的位移 Κ(S ) 有 两部分组成, 一部分是三足支撑过程(有一条腿在跨步) 中, 机体
移动 4×A (S ) ; 另一部分是在四足支撑过程机体相对地面移动 的位移 4S , 保证稳定裕量。 图 3 所示为四足运动状态图。
图 3 四足运动状态图
2 四足步行机器人腿机构及其运动分析 采用缩放式机构作为机器人腿机构, 其机构简单, 运动
具有解耦性。足端点 F 的位移, 在 x x 方向仅与 C 点 x x 方 向的位移相关, 在 yy 方向的位移仅与 A 点的 yy 方向的位 移相关。 它们的位移关系为
(Co llege of M a rine Engineering, J im ei U n iversity, X iam en 361021) Abstract:W e designed a leg m echan ism fo r a quadrup ed w a lk ing robo t. W e first ana lyzed in deta il the k inem a tic re2 la tion sh ip betw een the ga it of the quadrup ed w a lk ing robo t and the leg m echan ism. B a sed on the ana lysis, a driver fo r th is k ind of leg m echan ism is designed. Key words: Q uadup ed w a lk ing robo t; L eg m echan ism ; Stab ility ga it con tro l