新型仿生六足机器人自由步态中足端轨迹规划

摘要/Abstract

摘要：

设计了一种具有变形关节和轮式足端的新型仿生六足机器人，该机器人具备轮式、爬行、步行等运动模式,有较好的灵活性及环境适应能力。运用矢量法构建了机器人运动学模型，并利用几何关系对模型进行求解。对机器人沿给定的路径执行自由步态时机器人所允许的最大步幅进行了分析。基于不同的地形条件,规划了抛物线和直线-抛物线两种足端轨迹。仿真结果表明,机器人在沿给定的路径执行自由步态时，抛物线和直线-抛物线两种足端轨迹规划方法合理、可行。

关键词: 六足机器人, 轨迹规划, 自由步态, 步幅

Abstract:

A new hexapod biomimetic robot with deformable joints and wheels was designed. Moving with multiple kinds of motion patterns, such as wheeled mode and footed mode,the robot possessed better flexibility and adaptability to the environment. A kinematic model of the robot was built with vector method and solved by geometric relations. The maximum stride length which was allowed when the robot walked along a given path with free gait was analyzed. Two foot trajectories including parabola and line-parabola were planned for different terrains. Simulation results show that the foot trajectory planning method is reasonable and feasible.

Key words: hexapod robot, trajectory planning, free gait, stride length

中图分类号:

TP242

李满宏, 张建华, 张明路. 新型仿生六足机器人自由步态中足端轨迹规划[J]. 中国机械工程, 2014, 25(6): 821-824.

Li Manhong, Zhang Jianhua, Zhang Minglu. Foot Trajectory Planning for a Hexapod Biomimetic Robot Using Free Gait[J]. China Mechanical Engineering, 2014, 25(6): 821-824.

参考文献

[1]徐小云,颜国正,丁国清.微型六足仿生机器人及其三角步态的研究[J].光学精密工程,2002,10(4):392-396.
Xu Xiaoyun,Yan Guozheng,Ding Guoqing.Research on Miniature Hexapod Bio-robot and Its Tripod Gait[J].Optics and Precision Engineering,2002,10(4):392-396.
[2]王刚,张立勋,王立权.八足仿蟹机器人步态规划方法[J].哈尔滨工程大学学报,2011,32(4):486-491.
Wang Gang,Zhang Lixun,Wang Liquan.Research on a Gait Planning Method for a Crab-like Octopod Robot[J].Journal of Harbin Engineering University,2011,32(4):486-491.
[3]Porta J M,Celaya E.Reactive Free-gait Generation to Follow Arbitrary Trajectories with a Hexapod Robot[J].Robotics and Autonomous Systems,2004,47:187-201.
[4]黄麟,韩宝玲,罗庆生,等.仿生六足机器人步态规划策略实验研究[J].华中科技大学学报(自然科学版),2007,35(12):72-75.
Huang Lin,Han Baoling,Luo Qingsheng,et al.Experimental Study on Hexapod Biomimetic Robot’s Gait Planning[J].J. Huazhong Univ. of Sci. & Tech. (Natural Science Edition),2007,35(12):72-75.
[5]杨立辉,罗庆生,王秋丽,等.新型仿生六足机器人步行足运动学分析与研究[J].机械设计与制造,2006(9):119-121.
Yang Lihui,Luo Qingsheng,Wang Qiuli,et al.The Kinematics Analysis and Simulation of Hexapod Robot’s Walking-foot[J]. Machinery Design & Manufacture,2006(9):119-121.
[6]Erden M S,Kemal L.Free Gait Generation with Reinforcement Learning for a Six-legged Robot[J].Robotics and Autonomous Systems,2008,56(3):199-212.
[7]陈甫.六足仿生机器人的研制及其运动规划研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2009.
[8]李智卿,马书根,李斌,等.轮-履复合式可变形机器人的移动机构参数分析[J].中国机械工程,2009,20(19):2320-2325.
Li Zhiqing,Ma Shugen,Li Bin,et al.Parametric Analysis for Mobile Mechanism of a Transformable Wheel-track Robot[J]. China Mechanical Engineering,2009,20(19):2320-2325.
[9]张力平,马书根,李斌,等.可重构模块化机器人系统的翻越台阶能力研究[J].中国机械工程,2009,20(12):1407-1412.
Zhang Liping,Ma Shugen,Li Bin,et al.Research on Climbing Step Capacity of RMERS[J].China Mechanical Engineering, 2009, 20(12):1407-1412.
[10]漆向军,陈霖,刘明丹.控制六足仿生机器人三角步态的研究[J].计算机仿真,2007,24(4):158-161.
Qi Xiangjun,Chen Lin,Liu Mingdan.Research on Tripod Gait of Controlled Hexapod Bionic Robot[J].Computer Simulation, 2007, 24(4):158-161.
[11]王新杰.多足步行机器人运动及力规划研究[D].武汉:华中科技大学,2005.
[12]孟偲,王田苗,丑武胜,等.仿壁虎机器人的步态设计与路径规划[J].机械工程学报,2010,46(9):32-37.
Meng Cai,Wang Tianmiao,Chou Wusheng,et al.Gait Design and Path Planning for a Gecko-like Robot[J].Journal of Mechanical Engineering,2010,46(9):32-37.
[13]赵小川,刘子峰,杨立辉,等.特种机器人运动轨迹规划及其实现[J].计算机测量与控制,2011,19(8):2007-2009.
Zhao Xiaochuan,Liu Zifeng,Yang Lihui,et al.Research and Realization on Advanced Robot Locomotion Trajectory Planning[J]. Computer Measurement & Control,2011,19(8):2007-2009.

[1]	谢冬福1;罗玉峰1,2;石志新1;刘燕德2. 多移动机器人协同模式及其倾翻稳定性研究[J]. 中国机械工程, 2020, 31(20): 2472-2485.
[2]	刘志强1;顾献安1;郭昊1;奚浩1;王明强1;李军利2. 碳纤维螺旋桨自动铺放成形轨迹规划方法[J]. 中国机械工程, 2020, 31(17): 2079-2084,2094.
[3]	刘吉成;季洪超. 新型轮腿机器人步态规划策略[J]. 中国机械工程, 2019, 30(18): 2257-2262.
[4]	陈杰;董伟;盛鑫军;朱向阳. 基于螺旋样条的旋翼无人机区域轨迹规划[J]. 中国机械工程, 2019, 30(12): 1453-1459.
[5]	刘红军1;魏宇祥2. 基于人工鱼群和粒子群优化混合算法的侧铣刀轴轨迹规划[J]. 中国机械工程, 2018, 29(23): 2815-2820.
[6]	韩江；谷涛涛；夏链;董方方. 基于混合插值的工业机器人关节轨迹规划算法[J]. 中国机械工程, 2018, 29(12): 1460-1466.
[7]	艾青林;徐冬;张立彬. 基于阻抗特性的六足机器人动态稳定性[J]. 中国机械工程, 2017, 28(24): 2981-2989.
[8]	艾青林;阮惠祥;陈教料;应申舜. 基于多维度空间耦合的六足机器人步态规划[J]. 中国机械工程, 2017, 28(23): 2829-2838.
[9]	尹业熙1,2;秦衡峰1;周后明1. 基于定向距离理论的五轴加工刀具轨迹规划算法[J]. 中国机械工程, 2017, 28(22): 2681-2688.
[10]	王湘平1;张海鸥1;王桂兰2. 面向复杂梯度材料模具等离子熔积制造的建模与轨迹规划[J]. 中国机械工程, 2017, 28(16): 1994-1999.
[11]	孟祥艳;葛文杰 . 欠驱动弹跳机器人最优运动姿态的驱动器配置[J]. 中国机械工程, 2017, 28(15): 1765-1770.
[12]	李宏胜, 汪允鹤, 黄家才, 施昕昕. 工业机器人倍四元数轨迹规划算法的研究[J]. 中国机械工程, 2016, 27(20): 2711-2716.
[13]	高艺, 马国庆, 于正林, 曹国华. 一种六自由度工业机器人运动学分析及三维可视化仿真[J]. 中国机械工程, 2016, 27(13): 1726-1731.
[14]	蔡东海, 计时鸣, 张鹤腾, 金明生. 模具边界邻域气压砂轮进动光整轨迹优化[J]. 中国机械工程, 2016, 27(08): 1084-1089.
[15]	金振林, 张金柱, 高峰. 一种消防六足机器人及其腿部机构运动学分析[J]. 中国机械工程, 2016, 27(07): 865-871.