第 44 卷 第*期 吉 林 大 学 学 报(工学版) Vol.44 No.*
2014 年*月 Journal of Jilin University (Engineering and Technology Edition) *. 2014
收稿日期
:年-月-日.
基金项目:国家自然科学基金重点资助项目(61233014); “863”国家高技术研究发展计划项目(2015AA042201);国
家自然科学基金青年基金资助项目(61305130);中国博士后科学基金项目(2013M541912).
作者简介:张帅帅(1986-),男,博士研究生. 研究方向:四足机器人,智能控制系统.E-mail: zhangshuaisdu@163.com
通信作者:荣学文(1973-),男,高级工程师,硕士生导师.研究方向:机器人技术,智能控制理论.E-mail:rongxw@sdu.edu.cn
崎岖地形环境下四足机器人的静步态规划方法
张帅帅
1
,荣学文
1*
,李贻斌
1
,李彬
2
(1. 山东大学 控制科学与工程学院, 济南 250061;2. 齐鲁工业大学 理学院, 济南 250353)
摘 要:为提高四足机器人跨越崎岖地形的能力,本文提出了一种四足机器人静步态的规划方法。所提出的静步态
规划方法包括姿态调整规划、躯干运动曲线规划以及摆动足足底轨迹规划三部分。为了使四足机器人能够通过姿
态调整提高其自身的地形适应性,给出了机器人姿态调整角的计算方法;四足机器人在行走过程中通过躯干的摆
动增加稳定裕度,并使用五次曲线对躯干运动轨迹进行规划,保证了整个运动过程的连续性;另外,为克服机器
人无法获取地形信息的不足,规划了一种矩形摆动足足底轨迹。使用提出的静步态规划方法,四足机器人可以在
未知地形信息的情况下,实时、自主、稳定地通过复杂度较高的崎岖地形。仿真实验结果表明了步态生成方法的
正确性和有效性。
关键词:自动控制技术;四足机器人;静步态规划;躯干运动曲线;足底轨迹
中图分类号:TP242.6 文献标志码:A
A static gait planning method for quadruped robots over rough terrains
ZHANG Shuai-shuai
1
,RONG Xue-wen
1
,LI Yi-bin
1
,LI Bin
2
(1. School of Control Science and Engineering, Shandong University, Ji’nan, 250061, China;2. School of Science,
Qilu University of Technology, Ji’nan, 250353, China)
Abstract: In order to improve the quadruped’s ability to cross the rough terrains, a static gait planning method is proposed in this
paper. The proposed static gait planning method consists of three parts: the posture adjustment planning method, the body trajectory
planning method and the foot trajectory planning method. In order to make the quadruped robot effectively improve its adaptability of
the terrain through the posture adjustment, a method to calculate the pitching angle is proposed. The robot can obtain enough stability
margin through a body sway motion, and the continuity of movement during the whole walking process can be guaranteed by using
the quintic body trajectory. In addition, a box shape foot trajectory planning method is given to overcome the situation that the robot
can’t obtain the information of the terrain. With the proposed static gait generation method, the robot can autonomously navigate
through unknown irregular terrains with enough stability margin in real time. The simulation results show the correctness and effec-
tiveness of the proposed method.
Key words:automatic control technology; quadruped robot; static gait planning; body moving trajectory; foot trajectory
0 引言
四足机器人能够在崎岖度较高的地形上行走,
甚至是一些对于轮式和履带式机器人无法跨越的复
杂地形
[1]
。在四足机器人的诸多研究领域中,机器
人的步态规划是最基本、最重要的方面之一。一个
鲁棒性强的步态能够帮助机器人顺利地通过多种类
型的崎岖地形,尤其是那些非结构化的复杂地形。
为顺利通过崎岖度较高的地形,四足机器人一
般选用静步态来增大自身的稳定性。在静步态研究
方面,McGhee 和 Frank 首先给出了四足机器人静
步态的数学描述
[2]
。之后,国内外许多学者提出了
网络出版时间:2015-03-31 11:36
网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/22.1341.T.20150331.1136.005.html