【DIY机器狗】机器狗运动初步研究（一）

tobot · 发表于 2022-1-18 00:59:00

【DIY机器狗】机器狗运动初步研究（一）

本次我们由几名坛友匿名组队进行机器狗制作，今天由我来为大家进行开篇！

机器狗的初步研究

作为四足机器人的代表作品，机器狗在近年大放异彩，1984年外星四足机器狗RAVAGE第一次展现在地球人面前。

地球人的学习能力也不差，2006年波士顿动力学工程公司（Boston Dynamics）开始为美国军队研究设计机械狗类，并陆续发布了几个版本，如BigDog、Cheetah、Spot等等。

国内此方面研究也不差，2021年央视春晚中机器牛跳舞无疑是炒热了整个会场的气氛，除了跳舞卖萌之外，已可识别路线为会场宾客送餐，将现代的AI技术和一千八百年前蜀汉所用的四足山地运载工具木牛流马完美结合起来。

当下互联网+带来了新时代、新机遇，作为时代的骄子，我们应该关注时代，紧跟时代潮流，凝聚我们每一个人的智慧和力量，实现自我价值。

说人话：大家看见机器狗很好玩，决定一起开发一款机器狗。

这里，我们对机器狗的步态做了简单研究：

对于一个四足动物来说，行走和奔跑是其本能，不同步态是完全不同的概念：例如行走，始终有三条腿着地，足以起到支撑作用，重心落在支撑点组成的多边形（四边形或三角形）内，抬起的脚可以较为灵活的调整位置；而飞奔时，着地支撑点少往往只有1个甚至全部腾空，换句话说，其重心并非落在支撑点组成区域内，更多的是依靠惯性来保持平衡，网上也有不少资料可供参考，例如

而对于机械实现来说，重要的包括：

1、重心

自然界的生物，天然会把重心放在支撑点的中间，以人为例，当后脑枕和脊骨成一绝对的垂直线，落于两脚之间，则可以保持住身体的绝对平衡。而对于机器狗来说，有四条腿可供支撑，从最简单的“爬”开始分析，重心落在支撑足三角形内，也就是说，即使三只脚，它也不会摔倒，这三只脚因为有不同动作，接触地面着力点的彼此间距可能发生变化，“狗”的重心随之调整，在摩擦系数相同的情况下，距离重心最远的支撑足摩擦力最小，也就是说，这条腿的调整对整个系统重心的影响会较小，当我们希望重心平衡移动，那么重心距离三条支撑腿调整时，距离应当尽可能接近。

2、行进

稳定行进过程中，抬起的腿再次落地，并起到支撑作用时，可以“释放”出当前正在出力的某一条腿，通过交替抬腿和改变支撑足，可以使其可以向所需行进方向移动。“狗”的四足轮番完成一次“抬脚-摆动-放下”，认为其做了一次步态周期，这时“狗”重心也进行了一次完整的调整，我们将脚接触地面的实际和步态周期时间相除，记为占空比β。

β>0.5，可以认为任意时刻，“狗”的3条腿同时着地，可以获得更高稳定性，但速度不会太高，体现为正常步进。

β=0.5，此步态为踱步或小跑，对于此步态，需要更高的平衡算法。

Β<0.5，此步态属于腾空态，对“狗”的要求会非常高，需要在脚部安装吸震或弹性材料。

3、地形适应

在理想情况下，地面应该是水平的，但实际情况，地面可能是倾斜或者坑洼的，对于实际路面，必须有合适的算法，对行进步态进行补偿。目前采用的是自学习脚本，建立网格，尝试使用固定的算法应对各种路面，计算出最佳步态方案，但效果不太好。考虑未来可以增加传感器来识别路况，并根据路况调整步态。