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1、第52卷第21期機(jī)械工程學(xué)報(bào)Vol.52No.212016年11月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGNov.2016DOI：10.3901/JME.2016.21.001*足式機(jī)器人的穩(wěn)定行走1,21,21,21,2何玉東王軍政柯賢鋒汪首坤(1.北京理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京100081；2.北京理工大學(xué)復(fù)雜系統(tǒng)智能決策與控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室北京100081)摘要：足式機(jī)器人在行走過程中，足端與地面之間的法向沖擊力將影響機(jī)器人的在垂直方向上的穩(wěn)定性。被動(dòng)柔順可以減小垂直沖擊力但同時(shí)可引
2、發(fā)平臺(tái)持續(xù)震蕩。針對(duì)該問題，設(shè)計(jì)基于足端力反饋的主動(dòng)柔順控制器，分析其對(duì)機(jī)器人垂直穩(wěn)定性的影響。機(jī)器人由于機(jī)械間隙、步態(tài)、路面等因素將出現(xiàn)足端打滑現(xiàn)象，導(dǎo)致機(jī)器人水平方向失穩(wěn)。引入擺腿回縮技術(shù)，分析擺腿回縮對(duì)機(jī)器人水平穩(wěn)定性能的影響。仿真和液壓足式機(jī)器人行走試驗(yàn)驗(yàn)證提出方法的有效性，提高了機(jī)器人行走過程中的垂直和水平方向穩(wěn)定性。關(guān)鍵詞：足式機(jī)器人；穩(wěn)定性；主動(dòng)柔順；擺腿回縮中圖分類號(hào)：TP242StableWalkingforLeggedRobots1,21,21,21,2HEYudongWANGJunz
3、hengKEXianfengWANGShoukun(1.SchoolofAutomation,BeijingInstituteofTechnology,Beijing100081;2.KeyLaboratoryofIntelligentControlandDecisionofComplexSystems,BeijingInstituteofTechnology,Beijing100081)Abstract：Impactforcebetweenlegandterrainwillhaveinfluenceon
4、theverticalstabilityofleggedrobots.Althoughpassivecompliancecandecreasetheimpactforce,itwillbringsideeffectssuchasbodyvibration.Todealwithit,aforcefeedbackbasedactivecompliancecontrollerisproposed,anditsinfluenceontheverticalstabilityisanalyzed.Meanwhile,
5、duetomechanicalclearance,gaitpattern,andterrainparameters,footslippagemayoccurandthencausesstabilityissues.Swinglegretractionisthenintroducedandanalyzedtoimprovethehorizontalstabilityofleggedrobots.Simulationsandexperimentsshowtheeffectivenessofthepropose
6、dmethodsandtheenhancementofverticalandhorizontalstability.Keywords：leggedrobots；stability；activecompliance；swinglegretraction一方面，主動(dòng)柔順控制是一種能夠有效減小環(huán)*0前言境接觸力的控制方法，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種有環(huán)境接觸的應(yīng)用場(chǎng)合，包括目前最先進(jìn)的四足機(jī)器人[1-3]由于四足機(jī)器人的環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，其在被設(shè)MIT-Cheetah、HyQ等。柔順性控制通過將機(jī)器計(jì)之初就是用來與復(fù)雜地
7、面環(huán)境進(jìn)行交互的。在與人足端或者關(guān)節(jié)力進(jìn)行反饋，從而利用柔順性控制地面接觸的過程中，機(jī)器人受到豎直和水平兩個(gè)方參數(shù)調(diào)節(jié)機(jī)械腿的等效剛度和阻尼，以達(dá)到剛性腿向的力。豎直方向主要是機(jī)器人足端與地面的法向的柔順性控制效果，在足端與環(huán)境接觸時(shí)能夠有效沖擊力，而水平方向則主要是足端與地面的摩擦力。降低足端接觸力。由于觸地沖擊的存在，機(jī)器人的豎直方向穩(wěn)定性將另一方面，足式機(jī)器人的行走過程中，其腿部受影響，從而使得機(jī)器人重心上下波動(dòng)。而如果水軸向方向上通常采用彈簧質(zhì)量模型來進(jìn)行等效，并平方向摩擦過大，將導(dǎo)致足端打滑，影
8、響身體的水且取得了國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的成果，即彈簧負(fù)載倒立擺模平移動(dòng)能力，更嚴(yán)重的有可能帶來機(jī)器人失穩(wěn)。因型(Springloadedinvertedpedulem,SLIP)。然而，對(duì)此，如何提高四足機(jī)器人在豎直和水平方向的穩(wěn)定于足式機(jī)器人腿部旋轉(zhuǎn)方向的運(yùn)動(dòng)對(duì)機(jī)器人行走穩(wěn)性成為足式機(jī)器人穩(wěn)定行走的重要內(nèi)容。定性的影響還未受到國(guó)內(nèi)學(xué)者的關(guān)注。SEYFARTH[4]等學(xué)者從人類及其他動(dòng)物的奔跑步態(tài)入手，首先*國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)
