单自由度腿部机构的四足机器人稳定性研究

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(杭州电子科技大学机械电子工程研究所，浙江 杭州 310018)

Stability Analysis of a 1-DOF Leg for Quadruped Robot

CHEN Yao,ZHOU Jianjun,HU Tao

(Institute of Mechatronic Engineering,Hangzhou Dianzi University,Hangzhou 310018,China)

单自由度腿部机构的四足机器人稳定性研究

陈耀，周建军，胡涛

(杭州电子科技大学机械电子工程研究所，浙江 杭州 310018)

Stability Analysis of a 1-DOF Leg for Quadruped Robot

CHEN Yao,ZHOU Jianjun,HU Tao

(Institute of Mechatronic Engineering,Hangzhou Dianzi University,Hangzhou 310018,China)

摘要：以基于切比雪夫连杆腿部机构的四足机器人为原型，建立了其足端的运动轨迹方程，并推导出速度方程；分别从静态及动态两种步态对单自由度四足机器人的稳定性进行研究，给出了各种步态下保持平衡行进的稳定判据；并通过Adams仿真进行了验证。

关键词：切比雪夫连杆机构；单自由度；四足机器人；稳定判据

中图分类号:TP242

文献标识码:A

文章编号：1001-2257(2015)02-0065-05

收稿日期：2014-09-18

Abstract:Inspired by the Chebyshev’s linkage,this paper constructs a quadruped robot consists of four 1-Degree-of-Freedom(1-DOF) legs.A Kinematic analysis has been carried out in order to evaluate the position and velocity of each foot,then analyze both static stable walking gait and dynamic gait,and discuss the impacts of different gait on stability margin.A stability criterion equation has given for each gait,and a simulation of Adams illustrated the proposed result.

作者简介：陈耀(1990- )，男，山东泰安人，硕士研究生，研究方向为机器人步态控制；周建军(1957- )，男，浙江嘉兴人，教授，研究方向为机器人机构学；胡涛(1991- )，男，浙江金华人，硕士研究生，研究方向为机器人柔顺驱动。

Key words:Chebyshev’s linkage;1-DOF;quadruped robot;stability criterion

0引言

足式机器人在复杂地形下或自然环境中表现出很强的适应性，其中，四足机器人由于基于仿生学的优势，以及在机构、控制等方面的诸多优点。

传统四足机器人的腿部机构一般设计为髋、膝和踝3个关节，亦即每条腿有3个自由度，但这种腿部机构步态协调比较困难，控制算法极其复杂。而利用闭链连杆机构可以降低自由度数，从而实现结构简化及控制算法的优化。但是，随着自由度的减少，足端运动轨迹相对固定，如果机器人重心偏离了平衡点，由于自由度的限制，机器人无法靠髋关节向外旋转等传统办法来解决其平衡问题。……