六足机器人横向行走步态规划及稳定性研究.pdf

摘要
六足机器人技术作为机器人领域研究的热点，一直以来都受到众多科研人员的关注。
其优越的运动性能和良好的地形适应能力，以及优良的稳定性是其它步行机器人所无法比
拟的。本论文从六足机器人的机构设计入手，在理论分析的基础上，为所设计的六足机器
人规划了一种横向行走步态，并对其稳定性进行了分析。又借助相关软件对所规划步态进
行了仿真验证，研究了相关运动参数对其运动性能的影响。同时还搭建了六足机器人实物
样机实验平台，并进行了调试。
首先，本论文是在本校机电工程研究所前期研究的基础上，对原有的六足机器人机构
进行了适当的改进和优化设计，在保留原有虚拟样机单腿六自由度优点的同时，使其易于
实现实物样机的搭建。在机构设计的同时，为各驱动关节选择了合适的驱动器，完成相关
零件的加工之后，搭建了实物样机实验平台。在机构设计的过程中，对其腿部机构的工作
空间进行求解，以确定腿部机构的可达范围，同时也验证了机构设计的合理性。还建立了
腿部机构的数学模型，对处于站立相和摆动相状态的腿部机构进行运动学求解，为下一步
的研究打下基础。
其次，以所设计的六足机器人机构为研究对象，为其规划了一种横向行走三角步态，
并对该步态下行走的稳定性进行了分析。针对目前六足机器人领域横向行走步态方面理论
研究较少的现状，在深入研究自然界中六足生物行走方式和六足机器人运动机理的基础
上，从步态总体规划、步态分析、最大步幅计算以及足端运动轨迹规划等方面入手，为其
规划了一种横向行走三角步态。完成步态规划之后，又采用不同的稳定性判别方法，对水
平地面上行走和坡面上行走两种情况下的行走稳定性进行了计算分析。
最后，采用虚拟样机技术对所规划的横向行走步态进行仿真，验证了该步态的行走能
力以及该步态行走的稳定性和连续性，并得出了该步态行走时机器人腿部各关节的转角曲
线，为实物样机实验提供了依据。同时，又运用仿真的方法研究了各运动参数对六足机器
人运动性能的影响，得到了各关节转角速度随步高和步长等运动参数的变化规律，为步态
优化和机器人控制提供参考。并对所搭建的六足机器人实物样机实验平台进行了调试，验
证了所设计六足机器人机构的运动能力和驱动元件的可行性。

关键词：六足机器人；横向行走；步态规划；虚拟样机技术；实物样机
I
Research on Laterally-Walking Gait and Stability of Hexapod Robot

Abstract
As a research hotspot of robotics, hexapod-robot technology is always concerned by many
researchers. Comparing with other walking robots, hexapod robot has superior movement
performance, better terrain adaptability and excellent stability. According to the design
mechanism of hexapod robot, a kind of laterally-walking gait is planned based on the theoretical
analysis, and its stability analysis is also done in this paper. The relation between motion
parameters and movement performance is studied by kinematics simulation of the gait planned.
A physical prototype experimental platform of hexapod robot is built and debugged at the same
time.
Firstly, in order to build the physical prototype, the original virtual hexapod robot
prototyping is