• CN:11-2187/TH
  • ISSN:0577-6686

机械工程学报 ›› 2016, Vol. 52 ›› Issue (11): 26-33.doi: 10.3901/JME.2016.11.026

• 机构学及机器人 • 上一篇    下一篇

一种新型四足变胞爬行机器人的步态规划研究

甄伟鲲1, 康熙1, 张新生1, 戴建生1, 2   

  1. 1. 天津大学先进机构学机器人学中心 天津 300072;
    2. 伦敦大学国王学院机械工程系 伦敦 WC2R 2LS 英国
  • 出版日期:2016-06-05 发布日期:2016-06-05
  • 作者简介:甄伟鲲,男,1991年出生。主要研究方向为机器人规划步态与控制。E-mail:zhenwk@gmail.com;戴建生(通信作者),男,1954年出生,教授,ASME与IMechE Fellow,ASME 2015年机构学与机器人学终身奖获得者。主要研究方向为旋量理论、抓举理论、Origami折纸机构、机构分析和研究、自动重组重构机构、串并联机器人机构理论、多指灵巧手在包装业、康复工程和服务机器人中的研究和应用。共主持完成英国和欧盟科研项目50余项。发表论文400余篇。获得数项国际学术期刊与国际会议最佳论文奖、多项ASME与IEEE服务奖与卓越服务奖。E-mail:jian.dai@kcl.ac.uk
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(51175366)和天津市科技计划(12JCZDJC27700)资助项目

Gait Planning of a Novel Metamorphic Quadruped Robot

ZHEN Weikun1, KANG Xi1, ZHANG Xinsheng1, DAI Jiansheng1, 2   

  1. 1. Centre for Advanced Mechanisms and Robotics, Tianjin University, Tianjin 300072;
    2. Department of Mechanical Engineering, King’s College London, London WC2R 2LS, UK
  • Online:2016-06-05 Published:2016-06-05

摘要: 随着移动机器人在探测救援中的应用逐渐增多,活动灵巧、环境适应能力强的多足机器人越来越受到国内外学者的关注。介绍一种腰部可以活动的四足机器人的设计及其步态生成,并展示了活动腰部可提升机器人对极端环境的适应性。提出三个基本假设以简化机构模型,提出腰部构态变换规则,并用几何方法说明了腰部构型变化可扩大机器人腿部活动空间,从而提升对复杂环境的适应性。另外,腰部运动与步态融合,生成了两种新的基本步态——扭腰直行步态和原地旋转步态。基于提出的两种步态,对比了固定腰部与可动腰部条件下运动稳定裕度的变化,分别计算了狭窄弯道通过条件,并分析了所设计步态对头部视觉的影响,从而证明所设计机器人具有较高的极端环境适应能力。

关键词: 步态规划, 可动腰部, 四足变胞爬行机器人

Abstract: Mobile robots raised much interest in recent years due to their maneuverability in complicated environments. A novel quadruped robot which has a changeable waist and possess new gaits is introduced. Based on the kinematics model, the reconfigurable waist of the novel metamorphic quadruped robot is analyzed and the body configuration switching rules are proposed. The reachable area of robot leg is compared with a normal quadruped of a rigid waist. Taking waist action into consideration, two novel gaits, i.e. twisting forward gait and spinning gait, are designed and their processes are described. To demonstrate advantages of the metamorphic waist, stability margin of a rigid-body gait and that of the reconfigurable-body gait are compared, the minimum size of a narrow corner for the robot to walk through is calculated and the constraints to achieve the smooth motion of the visual point and center of gravity of body (COG) are analyzed.

Key words: changeable waist, gait planning, metamorphic quadruped robot

中图分类号: