斜坡环境下六足机器人地形适应性步态设计及仿真

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传统的机器人大多难以适应复杂的山地斜坡环境,为了保证机器人能够在斜坡复杂环境下安全稳定的行走,需要分析斜坡复杂环境的典型特征并针对斜坡复杂地形的特征设计出具有地形适应性的步态。本文首先对斜坡复杂地形进行分析并总结出三种典型的地形,介绍了六足机器人的机械结构,利用运动学原理建立了机器人单腿、整机的正、逆运动学模型,引入机器人静态稳定性定义,将其作为文中机器人稳定性的判定标准。然后分析在这三种典型地形环境下机器人的失稳情形以及造成失稳的原因,并针对相应的地形特征以及导致机器人失稳的原因设计了地形适应性步态。步态的设计包含了髋关节初始角度配置、机身重心高度的设计、机身和腿部运动顺序的设计以及足端运动轨迹设计四个方面。针对斜坡平坦地形,通过选择合适的髋关节初始角度、机身重心高度以及机身和腿部运动顺序来设计斜坡步态,以达到机器人在斜坡环境下具有高稳定裕度的要求;通过对足端轨迹的一次规划、二次规划使机器人能够适应斜坡坑洼、斜坡凸起地形。最后利用Adams/Simulink联合仿真分别对机器人在三种典型地形下的适应性步态进行了仿真分析。通过仿真实验,获得机器人在典型地形下行走时机身稳定裕度以及姿态角的变化,证明了本文所设计的六足机器人在斜坡复杂环境下的地形适应性步态的有效性,为机器人在斜坡复杂地形下的进一步实验研究提供了理论参考。
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