四足机器人非平坦路面下的侧向平衡恢复

摘要

四足机器人对工作环境的要求低，具有环境适应性强、机动性好、运动稳定性好和承载能力强等优点，因此在一些事故现场的勘察和救灾工作上有着出色的表现。而天津滨海新区爆炸等事故的发生更是对将机器人应用于救灾事故中有了迫切的需求。
　　本课题来源于国家973计划重点基础研究项目“核电站紧急救灾机器人的基础科学问题”。本文主要是针四足机器人在应对事故中存在的突发事件以及灾后路面的实际情况进行讨论。为保障机器人平稳运行至完成既定任务，我们需要考虑四足机器人在非平整路面下的侧向平衡恢复。我们所讨论的平衡恢复步态是在基于Jerry Pratt之前提出的“捕获点”理论的基础上，计算出机器人在侧向受到外力冲击情况下的平衡恢复落足点，而且考虑到路面不平整的时候下机器人实时调节身体姿态的情况，进而保证机器人的平稳运动，并针对救灾机器人的平衡限度提出一个维稳参考指标。本文的验证工作是通过 Matlab和机器人仿真平台RecurDyn进行的，运动规划，平衡控制方法和落足点选择策略都通过 Matlab和 RecurDyn进行了验证工作，证实了所提出的方法的有效性。

目录

第一章 绪 论

1.1研究背景与意义

1.2 机器人国内外研究历史及现状

1.3四足机器人的主要研究方法

1.4 本章小结

第二章 四足机器人结构及运动学分析

2.1 四足机器人主要构造

2.2 四足机器人坐标系与相应参数

2.3 四足机器人腿部构造

2.4 四足机器人运动学分析

2.5 本章小结

第三章 四足机器人的平衡恢复

3.1 四足机器人的步态

3.2 四足机器人的稳定性判据

3.3 捕获点理论

3.4 虚拟腿

3.5 仿真实验验证

3.6 本章小结

第四章 不平整路面下的侧向平衡恢复

4.1 不平整路面稳定性分析

4.2 不平整路面平衡恢复

4.3 足尖摆动轨迹

4.4 不平整路面失衡指标

4.5 仿真实验验证

4.6 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

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