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第 49 卷第 23 期 2013 年 12 月 机 械 工 程 学 报 JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING Vol.49 No.23 Dec. 2 0 1 3 DOI ：10.3901/JME.2013.23.044 电驱动重载六足机器人关节转速分析方法 * 庄红超 高海波 邓宗全 丁 亮 刘 振 (哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室 哈尔滨 150080) 摘要：为合理匹配电驱动重载六足机器人关节的驱动装置和传动装置，提出一种快速、精确获得关节转速的方法。基于某一关节转动以实现机器人最大步行速度指标，建立该关节转角与机器人最大步行速度指标的数学关系式，研究螃蟹型三角步态下的髋关节和膝关节在最小摆角和最大摆角时的相应输出转速以及蚂蚁型三角步态下的跟关节输出转速，并获得跟关节转角和转速随髋、膝关节夹角的变化趋势。根据 ADAMS 软件和研制的机器人单腿与样机，进行关节转速的仿真验证和试验分析，分别获得机器人承载平台重心的速度曲线和关节伺服电动机脉冲数曲线。仿真和试验结果表明，机器人关节转速分析方法具有合理性和有效性，能够可靠地应用于重载多足机器人的研制。 关键词 ： 重载六足机器人 关节转速 转角 ADAMS 仿真 中图分类号：TP242 Method for Analyzing Articulated Rotating Speeds of Heavy-duty Six-legged Robot ZHUANG Hongchao GAO Haibo DENG Zongquan DING Liang LIU Zhen (State Key Laboratory of Robotics and System, Harbin Institute of Technology, Harbin 150080) Abstract ：To reasonably select the drive devices and actuating devices for the joints of an electrically driven heavy-duty six-legged robot, a method for quickly obtaining the accurate articulated rotating speed is presented. Through rotating one of the joints to achieve the maximum speed index of the robot, the mathematical relationship is established between that joint and the maximum speed index of the robot. The rotating speeds of the hip joint and knee joint are researched when their rotating angles respectively have the minimum and maximum values under the crab-type tripod gait, and the rotating speed of the abductor joint is analyzed under the ant-type tripod gait. With the changes in the joint angles for the hip joint and knee joint, variable tendency charts are obtained for the rotating angle and rotating speed of the abductor joint. According to ADAMS software, the single leg, and prototype of the robot, the simulation verification and experimental analysis are respectively carried out for the articulated rotating speeds. The speed curve and pulse curves are acquired for the gravity center of the bearing platform and servomotors of the joints, respectively. The results of the simulation and experiment show that the method for analyzing the articulated rotating speeds of the robot is reasonable and valid. The proposed method can be reliably applied in developing the heavy-duty multi-legged robots. Key words：Heavy-duty six-legged robot Articulated rotating speed Rotating angle ADAMS simulation 0 前言 ? 随着机器人技术的发展，大量自主移动机器人被广泛使用 [1] ，智能化 [2] 和高通过性 [3] 成为地面移动机器人发展的重要趋势。按行动机构划分，机器人可分为轮式、足式和轮足复合式 [4] 。相比轮式地面移动机器人，足式移动机器人的理论研究和实际应用方面起步较晚 [5] ，且其研究深度以及广泛程度远 ? 国家重点基础研究发展计划(973 计划，2013CB035502)、科技部国际科技对俄合作(2010DFR70270)、国家自然科学基金(51275106)、高等学校学科创新引智计划(B07018)和哈尔滨工业大学宇航空间机构及控制重点学科实验室开放基金课题(HIT. KLOF. 2010057)资助项目。20130409 收到初稿，20131009 收到修改稿 不及轮式地面移动机器人，尤其对重载多足机器人而言。 在多足机器人的研究中，许多研究学者仅限于多足机器人的步态规划 [6] 和运动控制 [7] 的研究，而以多足机器人步行速度指标为依据，直接进行多足机器人关节输出转速分析的相关文章相对较少。速度指标是多足机器人主要技术指标之一，针对并联机器人速度分析的常见方法包括：求导法、旋量法、矢量法、张量法、影响系数法等 [8] 。无论采取上述哪一种方法进行多足机器人速度分析，基本上均会涉及到雅克比矩阵的求解 [9] 。多足机器人是一种拓扑运动机构、多支链运动机构和冗余欠驱动机 构 [10] ，其运动学和动力学分析非常复杂。虽然雅可