4足机器人腿部机构运动学分析及步态规划

马广英，刘润晨，陈原，高军，徐丕兵

(1.山东大学 机电与信息工程学院，山东，威海 264209； 2. 青岛市技师学院 轨道交通学院，山东，青岛 266229)

足式机器人可以适应多种非结构地面和恶劣环境，实现多种步态的灵活运动. 近些年的足式机器人多以仿生类为主，马宗利等[1]提出了一种具有柔性脊椎和腿结构仿猎豹的4足机器人，具有良好的缓冲性能. Wang等[2]提出腿桨混合的仿蟹机器人，根据螃蟹在捕食或受到攻击时的运动方式进行步态设计. 陈殿生等[3]通过模仿蝗虫腿部结构，实现机器人在跳跃过程中具有着陆缓冲性能. 李满天[4]基于4足哺乳动物的肌肉和骨骼结构，提出4自由度串联腿部机器人，实现单腿跳跃运动. 高峰[5]、高建设等[6]将并联机构应用到机器人髋关节，增强腿部灵活性.

串联机构在运动过程中足端受到的冲击大，足端与地面之间的冲击力将会影响机身整体在行进过程中的稳定性，机器人容易发生摔倒现象. 而并联式腿部结构的转动惯量小、结构紧凑、刚度高、承载能力大，具有无累积误差、精度高、末端件惯性小等优点，适用于在高速、大承载能力的场合.

本文提出一种新型4足机器人3UPR并联腿部结构，为腿部机构的结构设计提供了新的思路. 对机器人的腿机构进行运动学分析，构建杆长模型求解运动学位置反解，得到机构的位置反解方程以及驱动进给量. 建立了速度模型并求解机构的速度雅克比矩阵，对机构进行了奇异性分析. 利用Adams软……