基于Trot步态的液压四足机器人关节驱动力仿真分析

左鹏，吴浔炜，唐倩倩

（200082 上海市 上海理工大学 机械工程学院）

0 引言

机器人分为工业机器人和特种机器人，而特种机器人又包含服务机器人、军用机器人、娱乐机器人等，其中，军用机器人以双足式、四足式、六足式应用较多[1]。四足步行机器人机构简单灵活，承载能力强、稳定性好，在抢险救灾、探险、娱乐及军事等许多方面有很好的应用前景，其研制工作一直受到国内外的重视。

本文利用SolidWorks 软件建立液压四足机器人的三维模型，在MATLAB-Simulink 中搭建四足机器人对角步态运动框图，在ADAMS 中建立虚拟样机，通过MATLAB-ADAMS 联合仿真的方式实时模拟观测四足机器人在路面行走过程中的运动和状态，通过仿真结果对步态参数进行优化设计，在满足四足机器人稳定行走的工况下，使其关节驱动力对系统的影响最小。与其它步态相比，trot 步态具有较宽的速度变化，并且可在支撑相和摆动相之间平滑切换。行走时有较好的对称性，有效消除了机器人躯干的不平衡力矩，故使用trot 步态进行四足机器人仿真。

1 四足机器人结构

图1 所示为液压四足机器人三维模型。该机器人4 条腿采用相同结构[2]，整体尺寸为长1 000 mm，宽640 mm，高700 mm，自身质量约80 kg。

图1 液压四足机器人三维模型Fig.1 Three-dimensional model of hydraulic quadruped robot

采用前肘后膝式布置方式，每条腿有3 个自由度（髋关节一个主动自由度，大腿关节有一个主动自由度，小腿关节有一个主动自由度）。其中，1 号液压缸分别与机器人本体和髋关节相连，完成腿在YOZ 平面中的旋转运动，在受到侧向冲击和行走在凹凸不平整路面时，四足机器人可以通过控制1 号液压缸伸缩量与其他液压缸的协调运动来调整机器人的步态[3]，从而保持机器人稳定；……