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四足机器人步态规划(walk and trot)

机器人规划 and Walk
2023-09-11 14:19:29 时间

古月居课程四足机器人控制与仿真入门笔记,视频链接:link

四足机器人步态规划(walk and trot)

常用步态简述

足式运动的步态是指腿的摆动和支撑运动以及这些运动之间的相对时间关系。不同的步态规则决定了不同的足式运动方式,从而形成了不同的步态形式。目前对步态的研究主要是为了实现机器人的稳定周期运动,研究的重点是具体的步态规划方法。传统的步态规划内容包括了足端运动轨迹规划,以及协调腿和腿之间运动的相对时间关系,也就是步态时序。其中,足端运动轨迹还包含了摆动相轨迹和支撑相轨迹,两者决定了单个腿的运动特征;而规划不同的步态时序就对应了机器人整体的不同步态形式。
按照平衡方式来分,四足机器人的步态可以分为静态步态(Static Gaits)、动态步态(Dynamic Gaits)和准静态步态(Quasi-static Gaits)三种。
课程中介绍了两种步态,分别是静态步态中的walk(行走)步态和动态步态中的trot(小跑)步态
古月居

walk步态

walk步态是静态步态,它的步态特征是任意时刻至多只有一条腿处于摆动相,四条腿按照一定的次序轮换向前摆动。四足动物在walk步态中最常用的轮换次序是1→3→4→2→1的倒“8”字型。
次序:
古月居
时序:
古月居
walk步态的一种临界形态是ρ=0.75且φ=0.25即不存在明显的四足支撑相,任意时刻均只有三条腿处于支撑相。这种 walk步态是静态步态中速度最快的步态(理论上ρ越小,能够实现的速度越快),因此四足机器人的walk步态经常按照这种临界形式进行规划。

trot步态

Trot步态适用于中低速跑动,并具有比较大的运动速度范围。另一个重要特点是,在中等速度下的Trot步态具有最高的能量效率。这些优点使得Trot步态成为最常用的四足步态。
Trot步态的特征是对角的两条腿成对运动,即腿1和腿3运动一致,腿2和腿4运动一致,理想情况下对角腿同时抬起并同时着地。Trot步态同样具有左右对称性,各腿的相位差为:
φ1=0,φ2=0.5,φ3=0,φ4=0.5
古月居