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1、机器爬虫运动步态策略研究摘 要目前对于移动式机器人多采用轮式移动机构，但是在适应复杂地形时轮式机器人无法满足路况的要求，由此设计一种灵活的、行走平稳和对路况适应性强的机器人成为解决此类问题的关键。六足仿生机器人便是这种机器人的典型代表，而六足仿生机器人的步态研究对其的行走方式更是具有重要意义。硬件控制芯片采用Parallax公司生产的Basic Stamp微控制器，利用PBASIC语言设计程序，并完成机器人运动控制程序的设计。在实现数据的正常通信后，利用计算机传输给Basic Stamp控制器，写入程序。论文针对一个已经完成的六足仿生机器人本体，采用Basic Stamp微控制技术，研究了六足
2、仿生机器人运动步态的控制规律，并对其进行运动规划，在其上实现控制系统。论文主要研究了六足机器人的三角步态、四足步态走法并且提出波动步态。通过斑马线步态图可以很清楚的发现其三者之间的联系和不同，从而总结出每种步态的特点并且比较每种步态的优缺点，为后面的实验过程提供了理论依据。在实验中分别在六足机器人本体上实现了基于三角步态的直线行走、基于四足步态的直线行走、基于三角步态的右侧转弯运动和在两种步态下的负重实验。另外，三角步态中的转弯状态分析和实现较直行状态更为复杂。因为机器人有六条腿，数目比较多，所以转弯的时候每条腿的运动状态如何分配是一个难点。通过对三角步态运动特点进行仔细分析并且对六足机器人本
3、体的研究，实现了其转弯步态。 从实验结果可以看出，六足仿生机器人的运动控制具有稳定性和协调性。四足步态较三角步态负重能力更强，但是速度更慢。三角步态具有快速性和灵活性，所以适用于平坦的地面。由于四足步态具有负重能力强支撑足较多的特点所以适用于对路面平坦程度要求不高的情况下，而这恰恰是轮式机器人很难达到的。关键词：六足机器人，仿生，步态，Basic Stamp，伺服电机ABSTRACTCurrently, the mobile robots mostly exist in the form of multi-wheel, but to adapt to the complex terrain c
4、onditions, they are often out of expectance. For the reason of this fault, designing a new kind of robot with the characteristic of flexible, stable and adaptable, so that the problem can clearly discovered and easily resolved. As a typical representative of such robots, hexapod bio-robot regularly
5、do a good job. So it can be of great significance to research the gait of this product.The chip of hardware control system is applied by Parallax Inc. Basic Stamp microcontroller, PBASIC language is used for designing process and perfecting the robot motion. After performing the normal communication
6、 of data, the computer transmits them to Basic Stamp controller, and then imports the procedure.Under the premise of Basic Stamp microcontroller, the thesis research on the law of hexapod robot gait controlling which is based on an accomplished one. And then mapping out its movement, on which try to
7、 implement the controlling system. The focus of this paper is to relate tripod gait,four-leg gait of hexapod robots and put forward fluctuations gait. Through the crossing gait diagram, the links and different among the three units can be clearly bring to light, accordingly, and summarize the charac
8、teristics of each type of gait and compare the advantages and disadvantages of them what can reference the following experiments. These experiments realize the straight-line walking based on tripod gait and four-legged gait, in addition, it also include the movement of turning right based on tripod
9、gait and weight-bearing experiment under both types of gaits. In particular, its more complex to analyze and realize the turning movement in the tripod gait situation than in the straight-line one. According to the large amount, it often brings trouble to study how allocate the dynamic parameters to
10、 these legs. Here through careful analysis on tripod gait and comprehensive research on the hexapod robot, the turning gait will be achieved.As is shown in the experimental results, the control system of the hexapod bio-robot takes the feature of stable and coordinate. The four-leg gait does better
11、than tripod gait in the respect of weight-bearing but performs weaker in the respect of velocity. The tripod gait applies to smooth interface because of its quickness and flexibleness. On the contrary, four-leg gait can satisfy rough ground for the salient characteristic of weight-bearing, which bey
12、ond the multi-wheel robots.Key words: hexapod robot, bionic, gait, Basic Stamp, servo motor41目 录摘 要IABSTRACTII第一章 绪 论11.1机器人的发展背景及意义11.2六足仿生机器人11.2.1 具有代表性的六足仿生机器人11.2.2 仿生六足机器人的特点31.3课题研究的主要内容4第二章 六足机器人硬件系统52.1 机器人的结构52.2控制器与执行器62.2.1 控制器62.2.2 伺服电机7第三章 六足机器人运动步态控制研究93.1三角步态走法93.1.1 步态的基本概念93.1.2 三
13、角步态原理103.1.3 占空系数分析113.1.4 行走稳定性分析123.2四足步态、波动步态与三角步态的比较143.2.1 各种步态143.2.2 各腿的相位关系153.2.3 比较分析17第四章 六足机器人运动控制程序设计184.1六足机器人初始值设定184.2三角步态整体程序设计194.2.1 六足机器人直线正向运动程序214.2.2 六足机器人右侧转弯运动程序244.3四足步态正向直行程序设计264.4实验结果294.4.1 实验条件294.4.2 基于三角步态的直线行走实验304.4.3 基于三角步态的右侧转弯实验31第五章 结论与展望34参考文献35附 录136附 录237声 明
14、41第一章 绪 论1.1机器人的发展背景及意义随着社会的发展和科技的进步，越来越多的机电产品进入现代化生产和日常生活中，大幅度提高了社会生产力，并使我们的生活更加舒适与便捷。机器人作为20世纪出现的一个科学技术发展的代表，无疑使人们认识到科技的力量，在大量工业机器人的应用下，企业生产效率得到了明显的提升。特别是近年来智能机器人的出现，给航天、深海勘探等目前人类无法到达的地域的科学研究工作提供了全新的研究途径。机器人的发展也往往代表了一个国家的科技实力和工业化的进程。生产的需要和科学技术的发展，也使人们开始认识到生物系统成为开辟新技术的途径之一，自觉地把生物界作为各种技术思想、设计原理和创造发明
15、的源泉。人们用化学、物理学、数学以及技术模型对生物系统开展着深入的研究，促进了生物学的极大发展，对生物体内功能机理的研究也取得了迅速的进展。此时模拟生物不再是引人入胜的幻想，而成了可以实现的事实。在生物学和工程技术的结合下，人们开始将从生物界获得的知识用来改善旧的或创造新的工程技术设备。生物学开始跨入各行各业技术革新和技术革命的行列，而且首先在自动控制、航空、航海等军事部门取得了成功。于是生物学和工程技术学科结合在一起，互相渗透孕育出一门新生的科学仿生学。将机器人的研究与仿生学结合，能够充分拓展机器人的功能，使机器人在特定工作条件下能够模仿生物体的某些生理特征，适应环境的变化进而做出正确的判断
16、，使机构运动更加合理与准确。由于目前国内外研究的机器人多采用轮式移动机构，在适应复杂地形时无法满足工况的要求，而足式机器人就可以弥补这些缺点。1.2六足仿生机器人1.2.1 具有代表性的六足仿生机器人（1）早期的六足机器人 随着美国宇航总署对外太空探测计划的不断深入，迫切需要一种可以在未知复杂星球表面执行勘探任务的机器人。由于六足机器人的所具有的这方面优点，使其早在上世纪八十年代就已被列入资助研究计划。其研究成果包括八十年代末的Genghis5和九十年代初的Attila和Hannibal。Genghis（如图1.1左）是由irobot公司研制于80年代，每条腿装有两个电机，使得它可以自由行动，但是因
