四足机器人跳跃控制规划及仿真分析*

任坤照，田春霖，陈 帅，郑 达，刘 岩

（1.西安交通大学 电气工程学院，陕西 西安710000；2.西安交通大学 电信学部，陕西 西安710000；3.西安交通大学 机械学院，陕西 西安710000）

由于四足仿生机器人具有高机动性，负载和适应能力强，可运用于物资运输、抢险救援等方面，因而具有广阔的应用前景。

四足机器人的性能主要取决于对复杂环境的适应能力，实现不同步态的规划最为关键。目前，国内外对四足机器人的Walk（慢步）、Trot（快步）等一般步态的研究都较为成熟，如Hiroshi Kimura等提出了基于各种复杂环境下的Walk步态的闭环控制系统[1]，李川等基于足端轨迹及CPG（Central Pattern Generators）网络对两种步态展开了研究[2-3]。但对于四足机器人的跳跃步态的研究较少，跳跃规划的理论仍需完善，在机械结构、运动过程中姿态调整也有待进一步改进，对其运动学、动力学的研究成为热点。在实际场景中，跳跃步态可以跨越障碍物，适应各种复杂地表，应用广泛，极大增强了四足机器人的运动性能。

本文着重对四足机器人的跳跃步态进行控制规划并通过搭建仿真平台进行验证。根据足端是否触地分阶段采取利用几何解析法进行轨迹规划。利用D-H法建立机身质心与各关节的坐标系，并基于正逆运动学对跳跃步态进行分析，求解出各阶段关节角度函数。同时，根据Lagrange法以及D'Alembert's原理对跳跃过程进行动力学分析，得到关节电机的力矩驱动函数。

通过SolidWork软件建立了全肘式四足机器人的结构模型，使用ADAMS和MATLAB软件对物理样机进行运动学联动仿真，验证了跳跃控制规划的有效性。……