四足轮腿式移动机器人的步态分析及轨迹规划
Gait Analysis and Trajectory Planning of Quadruped Wheel-legged Mobile Robot
- 机械传动 2021年45卷第4期 页码：69-74
- 作者机构：
1.中北大学 机械工程学院， 山西 太原 030051
- 作者简介：
李清（1966— ），男，河南洛阳人，博士，副教授，主要研究方向为机构理论与机器人装备。
- 基金信息：山西省自然科学基金(201901D111132);重庆工商职业学院科研项目：西南山区道路汽车安全预警系统研究与开发(NDYB2020-13)
DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2021.04.012
中图分类号：
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李清,赵立婷,丰玉玺等.四足轮腿式移动机器人的步态分析及轨迹规划[J].机械传动,2021,45(04):69-74.
Li Qing,Zhao Liting,Feng Yuxi,et al.Gait Analysis and Trajectory Planning of Quadruped Wheel-legged Mobile Robot[J].Journal of Mechanical Transmission,2021,45(04):69-74.
李清,赵立婷,丰玉玺等.四足轮腿式移动机器人的步态分析及轨迹规划[J].机械传动,2021,45(04):69-74. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2021.04.012.
Li Qing,Zhao Liting,Feng Yuxi,et al.Gait Analysis and Trajectory Planning of Quadruped Wheel-legged Mobile Robot[J].Journal of Mechanical Transmission,2021,45(04):69-74. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2021.04.012.
摘要
针对外星复杂的地表环境，基于2-UPS/（S+SPR）R闭环并联机构，设计了一种四足轮腿式移动机器人。通过对比机器人在运动过程中的稳定裕度与重心调整量得到最优步态，利用ZMP法衡量了机器人在静步态下的稳定性，并用改进的复合摆线法规划了足端的运动轨迹。在整个运动过程中，机械腿运动平稳，速度、加速度变化较为平滑，不会出现对机械腿造成损坏的较强冲击；且在抬腿和着地瞬间，速度、加速度均为0，不会对机身产生冲击。分析结果表明，该四足轮腿式移动机器人运动灵活且平稳，适用于外太空的探测。
Abstract
A quadruped wheel-legged mobile robot based on 2-UPS/（S+SPR）R closed loop parallel mechanism is designed for the complex surface environment of aliens planet. The optimal gait is obtained by comparing the stability margin and the barycenter adjustment of the robot in the process of motion， the stability of the robot in the static gait is measured by ZMP method， and the trajectory of the foot end is planned by the improved compound cycloid method. In the whole movement process， the movement of the mechanical leg is stable and the change of speed and acceleration is relatively smooth， which would not cause damage to the mechanical leg due to strong impact. Besides， the speed and acceleration are zero at the moment of lifting the leg and landing， which would not impact the fuselage. The analysis results indicate that the quadruped wheel-legged mobile robot moves flexibly and smoothly， which is suitable for the exploration of outer space.
关键词
四足轮腿式机器人2-UPS/（S+SPR）R闭环并联机构步态分析轨迹规划
Keywords
Quadruped wheel-legged robot2-UPS/（S+SPR）R closed-loop parallel mechanismGait analysisTrajectory planning
references
王丹.变形轮移动机器人的设计与研究［D］.北京：北京交通大学，2016：1-4.
WANG Dan.Design and research of mobile robots with transformable wheels［D］.Beijing：Beijing Jiaotong University，2016：1-4.
赵玲亚，王英健，刘宏伟.变形轮移动机器人性能分析与仿真［J］.机械传动，2020，44（5）：134-138.
ZHAO Lingya，WANG Yingjian，LIU Hongwei.Performance analysis and simulation of deformation wheeled mobile robot［J］.Journal of Mechanical Transmission，2020，44（5）：134-138.
马芳武，倪利伟，吴量，等.主动悬架轮腿式全地形移动机器人俯仰姿态闭环控制［J］.农业工程学报，2018，34（20）：20-27.
MA Fangwu，NI Liwei，WU Liang，et al.Pitching attitude closed loop control of wheel-legged all terrain mobile robot with active suspension［J］.Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2018，34（20）：20-27.
高健.小型履带式移动机器人遥自主导航控制技术研究［D］.北京：北京理工大学，2015：1-10.
GAO Jian.The navigation and control technology of tele-autonomous for small tracked mobile robot［D］.Beijing：Beijing Institute of Technology，2015：1-10.
BAI L，GUAN J，CHEN X H，et al.An optional passive/active transformable wheel-legged mobility concept for search and rescue robots［J］.Robotics and Autonomous Systems，2018，107：145-155.
刘荣帅，李清，杜昱东，等.3-CUR并联分拣机器人的运动学分析与仿真［J］.包装工程，2019，40（21）：179-186.
LIU Rongshuai，LI Qing，DU Yudong，et al.Kinematics analysis and simulation of 3-CUR parallel sorting robot［J］.Packaging Engineering，2019，40（21）：179-186.
王冰，方跃法.一种可重构并联机构的几何约束和自由度分析［J］.机械工程学报，2018，54（7）：28-37.
WANG Bing，FANG Yuefa.Geometric constraint and mobility analysis of a reconfigurable parallel mechanism［J］.Journal of Mechanical Engineering，2018，54（7）：28-37.
李研彪，郑航，徐梦茹，等.5-PSS/UPU并联机构的多目标性能参数优化［J］.浙江大学学报（工学版），2019，53（4）：654-663.
LI Yanbiao，ZHENG Hang，XU Mengru，et al.Multi-target parameters of performance optimization for 5-PSS /UPU parallel mechanism［J］.Journal of Zhejiang University （Engineering Science），2019，53（4）：654-663.
王辰宇，杨世文，夏昊.一种5自由度并联机构运动学及仿真研究［J］.机械传动，2019，43（2）：85-88.
WANG Chenyu，YANG Shiwen，XIA Hao.Analysis of kinematics and simulation research of a 5 DOF parallel mechanism［J］.Journal of Mechanical Transmission，2019，43（2）：85-88.
李清，丰玉玺，刘荣帅，等.2-UPS/（S+SPR）R并联机构伴随运动与正反解分析［J］.包装工程，2020，41（7）：164-168.
LI Qing，FENG Yuxi，LIU Rongshuai，et al.Concomitant motion and forward and inverse solutions of 2-UPS/（S+SPR）R parallel mechanism［J］.Packaging Engineering，2020，41（7）：164-168.
常青.四足机器人全向运动规划方法与稳定性研究［D］.北京：北京理工大学，2016：49-51.
CHANG Qing.Study on planning and stability of omnidirectional locomotion for quadruped robot［D］.Beijing：Beijing Institute of Technology，2016：49-51.
WANG H，HENG W，HUANG J H，et al.Smooth point-to-point trajectory planning for industrial robots with kinematical constraints based on high-order polynomial curve［J］.Mechanism and Machine Theory，2019，139：284-293.
韩宝玲，朱琛，罗庆生，等.液压四足机器人关键步态参数优化［J］.北京理工大学学报，2018，38（10）：1056-1060.
HAN Baoling，ZHU Chen，LUO Qingsheng，et al.Key gait parameter optimization for hydraulic quadruped robot［J］.Transaction of Beijing Institute of Technology，2018，38（10）：1056-1060.
LI H K，SHI A J，DAI Z D.A trajectory planning method for sprawling robot inspired by a trotting animal［J］.Journal of Mechanical Science and Technology，2017，31（1）：327-334.
SU B Y，ZOU L P.Manipulator trajectory planning based on the algebraic-trigonometric hermite blended interpolation spline［J］.Procedia Engineering，2012，29：2093-2097.
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