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面向未知复杂地形的四足机器人运动规划方法研究

周坤  
【摘要】:四足机器人作为腿足机器人的主要形式之一,其依靠腿足运动能够应对非结构化环境,在复杂地形适应性上具有显著的优势。由于地形环境的多样性和复杂性,实现复杂地形下的自适应稳定行走一直是四足机器人研究的难点,特别是当四足机器人面向完全未知的复杂地形且无法感知地形环境时,开展四足机器人的运动规划研究具有重要价值。本文基于"赤兔"四足仿生机器人实物平台,以提高地形适应性和运动稳定性为目标,开展四足机器人在未知复杂地形下自适应稳定行走研究。本文的主要研究内容与成果包括以下三个部分:1.四足机器人建模。采用连杆关节模型对四足仿生机器人进行运动学建模,基于D-H方法推导出四足机器人的运动学方程,进一步采用封闭解法求解四足机器人的逆运动学方程。2.爬行步态运动规划。对于复杂地形,采用爬行步态进行运动规划。根据步态特性引入状态机进行步态控制,同时建立在线运动规划流程,进一步提出一种基于COG稳定性判据的路径规划方法与基于ZMP稳定性判据的重心轨迹规划方法,有效保证了四足机器人身体运动轨迹的光滑性以及四足移动行走的稳定性。3.未知复杂地形自适应。对于未知地形,提出一种足端轨迹规划方法确保四足机器人有效实现未知复杂地形上的摆动腿跨步。同时,根据感知策略获取的地形信息,提出四足机器人躯体的质心高度和姿态对于未知复杂地形的自适应控制方法。最后通过四足仿生机器人实物实验,验证了本文方法的有效性和可靠性。


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