机器人运动稳定性判据概述.pdf

机械设计与制造 第1l期 188 MachineryDesignManufacture2008年11月 l_0188-03 文章编号：1001—3997(2008)1 机器人运动稳定性判据概述 文放葛文杰 (西北工业大学机电学院，西安710072) Introductionondinamic criterionofrobot stability WEN Fang，GE Wen-jie ofMechatronics 710072，China) (School Polytechnical Engineering，NorthwesternUniversity，Xi’an 中图分类号：THl3，TP242文献标识码：A 1引言 人运动模型，如图1所示。对于跳跃机器人来，其腾空阶段对质心 的动最矩是守恒的。此时腿向前摆动以增加跳远距离，为使机器 仿牛学在机器人科学中越来越多的应用，必将推动机器人的 人不绕质心转动，必须使躯f二和尾巴摆动以平衡腿向日，J摆动带来 适应能力向非结构化、未知的环境方向发展，这就对机器人的运 的动量矩。根据高速摄像机拍摄的袋鼠运动录像来分析其各关节 动稳定性问题提出了更高的要求。以服务机器人为例，为了能够 运动规律，以此作为仿袋鼠跳跃机器人腾窄阶段姿态调整时各关 迅速有效的完成引路、运动、转弯等任务，这就要求它们具有良好 节已知的运动规律，再采用动量矩法计算町得其尾巴的运动规律 的抗干扰、适应地面环境的能力和较高的运动稳定性。因为在实 (即位移及速度，如图2及图3所示的曲线1)和实际测绘的尾巴 际情况中干扰的因素总是不可避免地存在着。因此，运动稳定性 的运动规律(图2及图3中的曲线2)。由此可见，蕊者变化规律 的问题就有其重要的理论和实际意义。 比较吻合。 为r使仿牛机器人能够更好地达到生物体的运动性能，进行 稳定的作业，以便j￡能够更好地服务于人类，对仿生机器人运动 稳定性的研究必将是一个越来越受到重视的问题，本文仅对这一 前沿领域的研究方法作一概述。 2研究方法 目前有关运动稳定性的研究对象主要集中在仿人机器人步 行、跑跳和体操类跳跃动作以及航天器、‘卫星姿态等方面，而研究 方法有动餐矩法、ZMP法、FRl法、力一角(稳定锥)法、能量稳定裕 度法及庞加莱一李亚普诺夫理论等方法。 图1仿袋鼠机器人五构件模型 2．1动量矩法 动量定理、动量矩定理、动能定理是动力学的j大普遍定理， 其在机器人运动过程中得到普遍应用。对于拟人机器人来说，在 其由双足支撑状态到单足支撑状态运动过程中，腾窄腿在水平方 向上不受外力作用，应保持水平方向的动毋矩守恒，所以上身应 该由相应的运动以保持肢体的平衡。比利时布鲁寒尔大学的J． Vermeulen等人把拟人机器