2019年8期TechnologyInnovationandApplication
科技创新与应用
创新前沿六足仿生蜘蛛机器人步态轨迹规划研究张思晨，莫书维，关荣博，范
博
（合肥工业大学，安徽合肥230009）
摘由于机器人模型结构比要：六足放生步行机械人基于动力学原理，采用多自由度设计思想，利用多个连杆组建成智能机器人。
较复杂，导致步态轨迹稳定性难以控制。文章采用操控方式设计了六足结构，通过MATLAB软件模拟仿真蜘蛛机器人步态轨迹。仿真结果表明，文章设计的机器人结构满足控制需求。
控制器；步态轨迹关键词：六足仿生蜘蛛机器人；
中图分类号院TP242
文献标志码院A
文章编号院2095-2945渊2019冤08-0025-02
signandusesmultipleconnectingrodstoformanintelligentrobot.Becauseofthecomplexityoftherobotmodelstructure,thegaittrajectorystabilityisdifficulttocontrol.Inthispaper,thehexapodstructureisdesignedbyindependentcontrolmode,andthegaittrajectoryofspiderrobotissimulatedbyMATLABsoftware.Thesimulationresultsshowthattherobotstructuredesignedinthispa鄄permeetsthecontrolrequirements.
Keywords:hexapodbionicspiderrobot;controller;gaittrajectory
Abstract:Basedontheprincipleofdynamics,thehexapodreleasewalkingrobotadoptstheideaofmulti-degree-of-freedomde鄄
蜘蛛机器人反应速度较快，移动姿势较为灵活，可以代替人类完成和很多操作。为了深入探究六足蜘蛛机器人功效，可以采用虚拟样机，对机器人步行轨迹进行仿真，根据仿真结果做出适当调整，使其满足机器人操作需求[1]。本
步态原理，文将重点探究蜘蛛机器结构、通过构建仿真模
型，对机器人进行仿真分析。
1六足仿生蜘蛛机器结构1.1机器人整体设计
为了提高机器人结构强度，本文通过查找文献资料，对机器人结构进行了研究分析，最终选取菱形作为机器人基本结构[2]。该结构不仅能够增加机器人腿部活动空间，而且还能够减少腿部之间的碰撞，避免行走过程中相互干涉。从材料消耗角度来看，菱形机器人还能够减少材料消耗量，整体重量也比较小，这也是蜘蛛机器人行走灵活主
多要因素之一。选取铝制材料为主要材料，利用外围设备、
种传感器、供电电池、核心控制器单片机构建机器人整体结构。
1.2躯干设计
为了保证蜘蛛机器人正常运行，必须保证控制器安置位置在一个不容易活动的位置，避免活动幅度较大，对控制器程序命令下达造成影响。本文对机器活动关节进行研究分析，从中选取躯干部位作为控制器安装位置。这种安装方式不仅可以为机器人操控提供便利条件，而且还可以避免控制器受器件活动影响。
考虑到控制器控制操作要求较高，采用传统的开发方
因此，式无法满足机器人操控需求。本文选取Arduino作为
其次，开发环境[3]。首先，对各个传感进行初始化处理。根据
操作需求，对各个传感器下达控制命令，以传感器驱动方式控制机器人运行轨迹，通过调整算法，对数据进行处理，
从而实现命令操控[4]。
1.3头部设计
本文设计的蜘蛛机器人在运行过程中，需要根据采集到的视频信息，对运行轨迹做出调整。根据此运行操控原理，构建三维坐标系，在机器人的头部安装头，并利用头360度采集视频信息，将采集到的视频信息转换为三维坐标信息，在x，y，z轴上生成移动轨迹，从而获取机器人移动轨迹[5]。另外，考虑到本文设计的蜘蛛机器
温度等信息采集功能，人还需要具备超声、测距、为此，本
文利用相应传感器采集相应信息，同样将其安装在机器人
接的头部。通过红外线识别物体，经过无线传输装置传输、
收信号，通过信号分析，获取机器人行走路线障碍物信息，从而实现实时监测。
1.4机器人的腿部设计
本文采用对称分布法设计机器人腿部分布图，机器人腿部设计综合运动灵活性和承载力两项因素，构建了机器人腿部设计方案。该设计方案选取三角形区域作为重心，可以在一定程度上提高机器人行走稳定性，在此基础上，在设计过程中在各个腿中设计了3个自由度，并在各个腿
踝关节上添加了控制电机，采用控制方式，为膝关节、
关节、腿关节分别编写相应控制程序，在实际操控过程当中，各个关节之间相互，可以实现自由行走。以往研究中，增加了腿部机构设计复杂度，虽然丰富了移动功能，但是加大了杆件运行压力，需要处理大量数据，导致机器人运行速度较慢[6]。针对此问题，本文在设计机器人腿部结构时，满足基本操作，简化了腿部机构设计复杂度，使得机器人运行更加灵活。
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即可。
3六足仿生蜘蛛机器人步态轨迹仿真分析3.1步态轨迹生成流程
本文利用MATLAB软件模拟仿真蜘蛛机器人步态轨
约迹，通过构建基于Solidworks的三维模型，添加驱动副、
束副，分析曲线与各个环节曲线是否相符，从而得到关节控制量，经过多次调试，最终生成端点轨迹。如图2所示为机器人步态轨迹生成流程。
3.2仿真模型构建流程按照上述模型构建流程，在驱动端点轨迹之前生成*.txt文件，形成条轨迹。具体操作如下：
第一步：在File选项中找到inport；第二步：选择类型，编写文件类型，生成TestData（*.*）文件；
第三步：完成CreatSpline和FileToRead设置；
（*.txt）图1整体机械设计方案第四步：选择已经创建的文件，得到。
3.3仿真结果分析2六足仿生蜘蛛机器人步态原理
角加速度、角速度为例，本文以机器人膝关节角度、对在众多蜘蛛机器人步态设计方案中，比较经典的设计
“六足纲”得到仿真结果。为三角步态设计方案。通过观察昆虫爬行原理，机器人步态移动进行仿真研究，
本文设计的六足蜘蛛机器人关节变化比较平缓，与其将蜘蛛的六足划分为两组，采取交替形式方式前行。
虽然在转换时蜘蛛的右侧中足与左侧前、左侧后三组构成一组，剩相对应的角速度角和速度变化都比较平滑，
但是没有出现突变情况，峰值在500度/余三组构成另外一组，通过大腿前后划动，从而实现机器刻存在少许波动，
在可控范围之内。因此，本文设计的机器人结构人行走控制。在实际操控过程中，通过髋关节沿着垂直方秒2以下，
向或者水平方向完成移动行走。在此过程中，三足在原地方案满足设计要求。保持不动，另外三足摆动脚。考虑到蜘蛛的重心比较低，不4结束语
本文针对六足蜘蛛机器人步态稳定性展开研究分析，需要利用Z轴方向调节，简化了步行轨迹研究方案。
躯干、头部、提出机器人整体、如果蜘蛛机器人在行走过程中受到不同因素影响，为根据机器人功能设计需求，
机械结构设计方案。利用MATLAB软件模拟仿真蜘了保证机器人能够稳定行走，必须充分考虑步行稳定性。腿部、
依据三角形稳定原理，如果蜘蛛机器人落脚能够形成一个蛛机器人步态轨迹，通过观察模拟仿真结果可知，本文设稳定的三角形，便可以保证其运行稳定性。对于本文设计计机器人步态行走关节较为平缓，满足设计要求。的六足蜘蛛机器人来说，每三足落地时，在三角形区域内
参考文献院
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1.5整体机械设计
本文采用六足连接设计思想，选取蜘蛛身体驱赶部位作为控制器安装位置，并在头部安装传感器模块，通过连接件建立各个肢体连接，经过拼装连接处理得到仿生蜘蛛机器人。如图1所示为整体机械设计方案。
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图2机器人步态轨迹生成流程
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