借助外力助推的双足机器人越障及避障方法研究

刘 彪，黄之峰，章 云

（广东工业大学 自动化学院，广东 广州 510006）

机器人在复杂环境中执行任务时，比如救灾、探测、巡检等环境中，不可避免地会遇到障碍物. 因此，机器人往往需要具备跨越大尺度障碍物的能力. 而该性能既是机器人运动性能好坏的体现，也是机器人能否适应复杂环境并且进行有效的人机协作的基础之一. 特别是，当前服务类机器人逐步融入到人们的工作生活环境中，越障能力对机器人越来越重要.

机器人一般是由多个关节和连杆所组成的复杂的非线性系统，这也意味着很高的控制难度. 尤其是在跨越大尺度障碍物时，如果机器人仅仅依靠自身关节驱动和姿态调整来保持平衡，那么机器人的重心在地面的投影很容易偏离出脚底的支撑多边形，从而导致机器人不稳定，发生倾倒[1]. 目前，已有不少相关的研究重点集中在仿人机器人自身关节结构设计、跨越足工作空间的优化和通过借助环境来实现大尺度障碍物的跨越. 程刚等[2]利用3次均匀B样条曲线的方法规划出机器人越障的轨迹. 通过选择适当的参数，实现了良好的仿生越障步态. 当然，也有人通过多足的结构或足轮结合的方式[3-4]，在保证机器人稳定的前提下，实现越障. Kalamian N等[5]提出使用预测控制器，实现双足的机器人动态的越障，该方法不需要规划越障轨迹，便能找到最优的步长，而且具有闭环稳定性. Zhou C X等[6]通过增加机器人髋关节处的冗余关节，扩大了仿……