四足步行机器人稳定性分析

Stability Analysis of Quadruped Walking RobotLIU Xi-xia，WANG Shu-hai，JIN Yi，HONG Sheng-yao(Department of Mechanical Engineering，Academy of Armored Force Engineering，Beijing 1 00072，China)Abstract：The instantozteous centroid coordinates of the robot is cJculated based on the quadruped simulating robot model，and the characteristics of the instantaneous centroid motionnder straight walking condition is g/yen.A contrast between thedispltwement ofinstantaneous centroid and the displacement( geometric center is ana1)zed，which is caused by the dynamicinfluence of each，n( module.The.stability"margin based on instantaneous centroid is cMculated and analyzed by thestab ility expressions static gait.It shows the stability margin based on instcmtaneous centroid is more OrCurate than stabilitymargin based on geometric center.A nd stab ility margin based Ol geometric center is easier to be u sed on static contro1。

Key Words：Quadruped Robot；Stability Margin；Deviation ofMass Centerl I石运动稳定性是平衡稳定性概念的直接推广，随着仿生学在机器人科学中的应用 ，必将对机器人的运动稳定性问题提出更高的要求。以步行机器人为例，为了能够迅速有效地完成任务，就要求它们具有良好的抗干扰能力和较高的运动稳定性。所以，稳定性的问题就有极其重要的理论和实际意义。对仿生机器人稳定性的研究将是-个越来越受到重视的问题，基于-种仿生四足步行机器人对其在运动过程中的质心偏移及稳定裕度进行了计算分析。

2仿生机器人模型所研究的四足步行机器人是基于对四足哺乳动物的腿部骨骼结构进行的仿生设计。机器人的腿部为开链运动机构，单腿有4个驱动关节，主动关节包括髋关节(两个转动 自由度 )、膝关节和腕关节，末端为弹性阻尼元件，腿部由多连杆机构组成，通过液压驱动实现迈腿运动，腿部关节采用对顶的配置方式13]。液压驱动可以使机构简化 、布局紧凑，并且能承受较大载荷。机体简化为-个长方体，三维模型，如图 1所示。部分尺寸参数，如表 l所示。

图 1四足步行机器人三维模型Fig.1 3-D Model of the Quadruped Walking Robot表 1四足步行机器人主要尺寸参数Tab.1 Major Size Parameters of Quadruped Walking Robot3瞬时质心的计算关于四足步行机器人的很多研究中-般需要满足假设：与机体质量相比腿的质量可以忽略不计