四足机器人在直行和转弯下的步态规划研究
Research on Gait Planning of Quadruped Robot in Straight and Turning
- 机械传动 2021年45卷第9期 页码：47-55
- 作者机构：
1.沈阳建筑大学 机械工程学院， 辽宁 沈阳 110168
- 作者简介：
王丹（1977— ），女，满族，辽宁新宾满族自治县人，博士，副教授；研究方向为机器人相关技术。
- 基金信息：吉林省科技厅中青年科技创新领军人才及团队项目(20200301038RQ);年吉林省发改委吉林省省级产业创新专项资金项目(2018C037-1)
DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2021.09.007
中图分类号：
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王丹,周德科,杨家琪.四足机器人在直行和转弯下的步态规划研究[J].机械传动,2021,45(09):47-55.
Wang Dan,Zhou Deke,Yang Jiaqi.Research on Gait Planning of Quadruped Robot in Straight and Turning[J].Journal of Mechanical Transmission,2021,45(09):47-55.
王丹,周德科,杨家琪.四足机器人在直行和转弯下的步态规划研究[J].机械传动,2021,45(09):47-55. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2021.09.007.
Wang Dan,Zhou Deke,Yang Jiaqi.Research on Gait Planning of Quadruped Robot in Straight and Turning[J].Journal of Mechanical Transmission,2021,45(09):47-55. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2021.09.007.
摘要
针对四足机器人的直行和转弯运动，以爬行步态为基础，分别对其进行了步态规划。提出了协调旋转步态的概念并用于原地转弯中；找出直行步态与原地转弯步态的足端轨迹公共点，通过该点实现了步态的快速迁移并用于四足机器人的弯道转弯运动中；根据对四足机器人的结构设计，建立了四足机器人的虚拟样机；提出了一种新的评价准则——角度余量准则（SA准则），对规划的步态进行稳定性评价，从而找出最优步态。搭建实验平台进行了实验，结果显示，针对直行和转弯的步态规划合理、可行。
Abstract
Aiming at the straight and turning movements of quadruped robots， the gait based on the crawling gait is separately planned. The concept of coordinated rotating gait is proposed and used it in in-situ turning. The common point of the foot trajectory of the straight gait and the turning gait on the spot is found， and then this point is used to realize the rapid migration of the gait and use it in the turning motion of the quadruped robot. According to the structure design of the quadruped robot in the early stage， a virtual prototype of a quadruped robot is established. A new evaluation criterion—angle margin criterion （SA criterion） is proposed to evaluate the stability of its planned gait， so as to find the optimal gait. A test platform is set up for testing， and the results showed that the gait planning for straight and turning is reasonable and feasible.
关键词
四足机器人步态规划步态迁移协调旋转步态角度余量准则
Keywords
Quadruped robotGait planningGait migrationCoordinated rotation gaitAngle margin criterion
references
VUKOBRATOVIC M.Walking robot and power artificial limb［M］.Beijing：Science Press，1988：32-40.
刘京运.从Big Dog到SpotMini：波士顿动力四足机器人进化史［J］.机器人产业，2018：109-116．
LIU Jingyun，From big dog to spotmini：evolutionary history of Boston dynamic quadruped robot［J］.The Robotics Industry，2018：109-116.
NIQUILLE S C.Regarding the rain of spotmini：or what a robot's struggle to learn reveals about the built environment［J］.Architectural Design，2019，89（1）：84-91.
UNITREE Rolotics.Laikago robots［EB/OL］（2017-06-10）.https：//www.unitree.com/products/laikagohttps://www.unitree.com/products/laikago.
BUCHLI J，KALAKRISHNAN M，MISTRY M，et al.Compliant quadruped locomotion over rough terrain［C］//Proceedings of the IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems，October 10-15，2009，St.Louis，MO.New York：IEEE，2009：814-820.
孟健，李贻斌，李彬.四足机器人对角小跑步态全方位移动控制方法及其实现［J］.机器人，2015，37（1）：74-84．
MENG Jian，LI Yibin，LI Bin.Quadruped robot diagonal trotting state omni-directional movement control method and its realization ［J］.Robot，2015，37（1）：74-84.
韩青，叶选林，曹飞祥，等.基于CPG的四足机器人全方位行走控制研究［J］.机械传动，2014，38（5）：36-41．
HAN Qing，YE Xuanlin，CAO Feixiang，et al.Research on omni-directional walking control of quadruped robot based on CPG［J］.Journal of Mechanical Transmission，2014，38（5）：36-41.
常青，韩宝玲，罗庆生.四足机器人转向与斜向运动规划 理论及方法［J］.北京理工大学学报，2015，35（5）：477-480．
CHANG Qing，HAN Baoling，LUO Qingsheng.The theory and method of quadruped robot steering and oblique motion planning［J］.Journal of Beijing Institute of Technology，2015，35（5）：477-480.
KALAKRISHNAN M，BUCHLI J，PASTOR P，et al.Learning，planning，and control for quadruped locomotion over challenging terrain［J］.The International Journal of Robotics Research，2011，30（2）：236-258.
ZUCKER M，RATLIFF N，STOLLE M，et al.Optimization and learning for rough terrain legged locomotion［J］.The International Journal of Robotics Research，2011，30（2）：175-191.
GEHRING C，COROS S，HUTTER M，et al.Control of dynamic gaits for a quadrupedal robot［C］//Proceeding of the 2013 IEEE International Conference on Robotics and Automation，May 6-10，2013，Karlsruhe，Gemany.New York：IEEE，2013：3287-3292.
张国腾，荣学文，李贻斌，等.基于虚拟模型的四足机器人对角小跑步态控制方法［J］.机器人，2016，38（1）：64-74．
ZHANG Guoteng，RONG Xuewen，LI Yibin，et al.A quadruped robot diagonal trotting control method based on virtual model［J］.Robot，2016，38（1）：64-74.
HARDARSON F.Stability analysis and synthesis of statically balanced walking for quadruped robots［D］.Sweden：Department of Machine Design，Royal Institute of Technology，2002：15-20.
张文宇.四足机器人斜面全方位静态步行及稳定性分析［D］.青岛：中国海洋大学，2009：12-17．
ZHANG Wenyu.The omni-directional static walking and stability analysis of quadruped robot on inclined plane［D］.Qingdao：Ocean University of China，2009：12-17.
高峰，杨加伦，葛巧德.并联机器人型综合的http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=20399830&type=http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=20399828&type=3.048000102.87866688集理论［M］.北京：科学出版社，2011：5-129．
GAO Feng，YANG Jialun，GE Qiaode.GF set theory of parallel robot type synthesis［M］.Beijing：Science Press，2011：5-129.
王鹏飞.四足机器人稳定行走规划及控制技术研究［D］.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2007：40-45．
WANG Pengfei.Research on stable walking planning and control technology of quadruped robot［D］.Harbin：Harbin Institute of Technology，2007：40-45.
张奔，卞新高，朱灯林.四足机器人步态分析及仿真实现［J］.图学学报，2017，38（5）：670-674．
ZHANG Beng，BIAN Xin'gao，ZHU Denglin.Gait analysis and simulation implementation of quadruped robot［J］.Journal of Graphics，2017，38（5）：670-674.
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