四足机器人静步态连续行走策略.pdf

四足机器人作为一种具有高度适应性的移动机器人，在工业、农业以及非结构化环境中的应用受到了广泛的关注。为了确保四足机器人能够在多变的环境中实现稳定连续的行走，研究者们开发了多种行走策略和控制算法。 本研究提出了四足机器人静步态连续行走策略，以实现机器人在平面上稳定、连续行走的目标。在此策略中，首先利用DH算法（Denavit-Hartenberg参数方法）推导出单腿的运动学方程。DH算法是一种常用的机器人运动学建模方法，它能够通过一系列变换矩阵来描述连杆的位姿和运动。 在获得单腿运动学方程后，研究中采用了不同的轨迹规划方法来规划支撑腿和摆动腿的足端运动轨迹。支撑腿的足端运动轨迹采用直线规划，以简化控制过程；摆动腿的足端在水平方向上采用五次多项式曲线进行规划，而竖直方向上采用摆线进行规划。五次多项式曲线因其平滑的加速度曲线，可使得摆动腿在动作过程中避免产生冲击；摆线则能够确保足端按照预定的轨迹运动。 静步态指的是当机器人的一条腿或多条腿同时接触地面，并通过协调各腿的运动来保持稳定的行走状态。与动步态相比，静步态更强调稳定性和载荷能力。为了评价静步态行走策略的有效性，研究中使用了静态稳定裕度作为评价指标。静态稳定裕度是一个度量机器人在行走过程中是否容易翻倒的指标，它代表了机器人重心到支撑边界的最小距离。如果静态稳定裕度较大，表明机器人在行走过程中的稳定性更高，翻倒的可能性更小。 仿真实验的结果显示，应用本研究提出的策略后，四足机器人能够在水平面上实现稳定、连续的行走，这验证了所提算法的正确性。 四足机器人静步态连续行走策略的关键知识点包括： 1. 机器人运动学原理：涉及单腿运动学方程的推导，这需要对机器人各关节和连杆进行精确的建模和计算。 2. 轨迹规划方法：根据步态需求对支撑腿和摆动腿的足端轨迹进行规划，包括直线、五次多项式曲线和摆线规划。 3. 静态稳定裕度：作为评估机器人行走稳定性的关键指标，其计算涉及到机器人重心位置的确定以及支撑面积的衡量。 4. 仿真实验：通过仿真实验来测试和验证行走策略的有效性，确保机器人在各种行走状态下都能保持稳定的性能。 此外，文档中提到的其他重要参考文献和研究，如[2]所述的浮动基座逆动力学控制和预测力控制策略，[3]提出的足端轨迹规划，[4]和[5]中的零冲击足端轨迹规划算法和参数化矩阵运动规划方法，以及[6]中利用曲线设计足尖运动轨迹的方法，均对四足机器人行走策略的完善和进步提供了理论和技术支持。 在实际应用中，这些知识点不仅对学术研究有重要意义，也为相关领域工程师提供了实现稳定连续行走四足机器人的重要参考。随着机器学习和深度学习技术的发展，未来的研究还可结合这些技术进一步优化四足机器人的行走控制策略，提高其在复杂环境中的自主性和适应能力。