崎岖地形下六足机器人的失稳判定与调整

作     者：刘志江 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：罗欣

授予年度：2013年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 

主      题：六足机器人 崎岖地形 倾翻失稳 稳定性判定 稳定性调整 

摘      要：六足机器人在崎岖地形上运动时，必须实时调整其运动的稳定性，在失稳时要采取相应的措施恢复稳定，以避免对机体和载荷造成损坏。本文针对六足机器人在崎岖地形下快速运动的稳定性判定和失稳恢复策略问题进行深入研究和分析，建立相应的稳定性判定方法，提出失稳调整策略。 从几何特性和物理特性方面进行分析，将自然环境中的崎岖地形归纳为四种典型地形。以此为基础，结合六足机器人的运动和结构特点，对六足机器人的运动失稳情形进行分类。采用力学平衡分析方法，制定不同倾翻失稳类型下相应的调整策略。 分析六足机器人驱动空间、关节空间和运动空间之间的映射关系，建立六足机器人的正逆运动学模型，推导求得其运动参数的计算方法;基于等效原理，获得六足机器人实时重心处的等效惯性力和惯性力矩;将ZMP方法和FASM方法相结合，建立六足机器人的稳定性判定方法。 针对边线倾翻失稳情形，建立了调整腿可达空间的解析解，并以力臂最大化原则选择合适的落脚点。采用五次曲线插值的方式，在可用调整时间范围内，对调整过程进行了柔顺处理，恢复机器人的静态稳定性，并通过反射运动控制机制，恢复机身的姿态至运动初始状态。 以六足机器人在45°斜坡上的下坡运动为例，通过Adams-Simulink联合仿真分析，验证了稳定性判定算法与失稳调整算法的有效性。