机器爬虫运动步态策略研究开题报告.doc

2009年3月10日 选题背景、研究意义及文献综述 1、 选题背景 根据美国陆军1967年调查，地球上近一半的地面不能为传统的轮式车辆或履带车辆到达，而多足式动物却可以在这些地面上行走自如。从中得到启示：轮式车辆在平地运输中有不可替代的作用，履带车辆被广泛应用于沙地和泥泞，然而人们没能找到合适的方法用于山地和多障碍地面，足式步进车辆就解决了这些问题，能跨越沟、坎等障碍，并且步进车辆足部落脚点的离散性和面积小的特点使其对坑洼山地的机动性和适应性更强，机器人能够在足尖点可达范围内灵活调整行走姿态，并选择合理的支撑点，使得机器人具有更高的避障和越障能力，同时其运行足部也较轮式车辆和履带车辆更加轻便。足式移动机器人的立足点是离散的，跟地面接触面积较小。可以在可达到的地面上选择最优支撑点，即使在表面极度不规则的情况下，通过严格选择足的支撑点，也能够行走自如，因此，足式步行机器人的研究已成为机器人学中一个引人注目的研究领域。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。 2、 研究意义 独立驱动多足步行机器人运动学研究较多的集中在步态规划方面。步态是步行机器人的一种迈步方式，是步行机器人各腿协调运行的规律，即各腿的抬腿和放腿顺序，它是研究步行机构的一个很重要的参数，是确保步行机构稳定运行的非常重要的因素。轮子或履带移动方式在移动机器人中已经普遍应用，但这种移动方式适应地形的能力较差，因此根据仿生学原理设计出一种具有较好适应性的移动方式已成为机器人研究的一个重要部分。采用足作为移动系统的机器人和采用其它方式作为移动系统的机器人相比，具有以下优点：①可以穿过不规整的地形而保持机体水平，从而不破坏其稳定性；② 具有跨越障碍物、壕沟和楼梯的移动能力；⑧能够穿过松软的地形；④具有全方位移动性；⑤相比轮子、履带移动机器人能较多地避免外部环境的破坏作用。 3、 文献综述 “六足纲”昆虫(蟑螂，蚂蚁等)在步行时把六条足分为两组，以一边的前足，后足与另一边的中足为一组，形成一个三角架支撑虫体，因此在同一时间只有一组的三条足起行走作用：前足用爪固定物体后拉动虫体前进，中足用以支撑并举起所属一边的身体，后足则推动虫体前进，同时使虫体转向，行走时虫体向前并稍向外转，三条足同时行动，然后再与另一组三条足交替进行，这样行走的轨迹线是一条锯齿状曲线。则是相对缓慢的一种步态，每一时刻都有4条腿在地面支撑，而每侧各有一条腿向前摆动，这种步态由于支撑时间较长，可以承受比较大的载荷 研究的基本内容，拟解决的主要问题 六足步行机器人的步态是多样的。三角步行是六足机器人行走的典型步态。该步态是将机器人的6条腿分为2组，左侧前后两条腿和右侧中腿为A组，右侧前后腿和左侧中腿为B组。步行过程2组腿交替地摆起、放下。四足步态是每一交替时刻有四条腿同时支撑在地面，左右各有一条腿轮流抬起。由于三足步态每一时刻有三条腿交替，所以行走比较快速，四足步态相对其来说侧比较慢。但是四足步态每一交替时刻有四条腿支撑在地面上，所以其负重能力比较好。通过对控制程序的设计可以完成上述两种步态，在实际环境中进行实验，可以发现两种步态的行走的特点，从而验证上述理论的正确性。 研究步骤、方法 调研、查资料，翻译外文资料，掌握六足机器人的步态特点 掌握六足仿生三角步态原理。 对六足仿生机器人的三角步态、四足步态进行设计。 软件实现和实验。 对六足仿生机器人稳定性进行分析。 实际行走轨迹与规划行走轨迹比较。 通过实验得出结果并分析 通过理论与实验相结合，对六足仿生机器人进行其步态研究，针对其行走的三角步态、四足步态的特点，对其转弯以及抗干扰等方面进行重点研究在软件或硬件上进行补充、修正以期找出最优控制方案。 研究工作进度 周 次 日 期 进度计划及指导安排 具 体 要 求 1 2.16~2.20 调研、查资料，翻译外文资料 2 2.23~2.27 调研、查阅资料、翻译外文资料 3 3.2~3.6 翻译外文资料，阅读有关资料 4 3.9~3.13 掌握六足仿生三角步态原理 5 3.16~3.20 对六足仿生机器人的三角步态进行设计 交开题报告 6 3.23~3.27 对六足仿生机器人的四足步态进行设计 7 3.30~4.3 软件实现和实验 8 4.6~4.10 软件实现和实验 交英文原文及翻译 9 4.13~4.17 在实验中完善程序或修改程序 10 4.20~4.24 实验 11 4.27~5.1 对六足仿生机器人稳定性进行分析 12 5.4~5.8 实际行走轨迹与规划行走轨迹比较 13 5.11~5.15 修改硬件或软件以