爬楼梯控制四自由度跟踪车辆基于内部传感器

文摘

在搜索和救援任务,multi-degrees-of-freedom(景深)跟踪机器人配备了子轨迹是常用的。这些类型的机器人在崎岖的地形优越的运动性能。然而,在遥控任务,跟踪机器人的性能很大程度上取决于运营商的适当控制每个子轨道的能力。因此,一个自动遍历函数可以显著帮助的遥操作机器人。在本文中,我们提出一个计划和控制方法四自由度跟踪已知机器人攀爬上下楼梯自动基于内部传感器。使用楼梯模型实验结果验证了该方法的有效性。

1。介绍

在搜索和救援任务,众所周知multi-degrees-of-freedom(景深)跟踪机器人配备了子轨迹非常有用。贴梗海棠(1)是这样的一个典型例子multi-DOF跟踪机器人。它探索建筑受福岛第一核电站的熔毁事故(2]。这样一个multi-DOF跟踪机器人主要跟踪构成skid-steered移动基地,而且每一个独立旋转。此外,它配备了子轨迹与旋转接头连接到主体的前方和后方主要跟踪。进一步,它有高traversability不平的地形,尽管其相对简单的机制。

搜救任务,跟踪车辆有时需要遍历楼梯去一个地板和扩大可及的地方。然而,楼梯代表典型的不均匀地面和地面车辆可能会造成一些麻烦,甚至multi-DOF跟踪机器人。特别是,如果它的子轨迹是操作不当,它会引起致命的失效模式,比如引爆。此外,在遥控任务,子轨迹的操作是一个艰巨的任务,这很容易导致操作错误。因此,它需要复杂的操作技巧。

为了解决这个问题,各种相关的研究已经进行跟踪机器人(3- - - - - -12]。冈田克也等人意识到一个共享的自治系统来控制子轨迹自适应激光测距传感器,安装在multi-DOF跟踪机器人探测机器人的身体下的地面形状(3]。李等人开发了一个自治系统遍历楼梯使用kinect传感器(5]。张等人意识到爬控制包括楼梯的检测,使用multi-DOF跟踪机器人装备了一个激光测距仪,声纳,近距离传感器9]。每篇论文提到过,这些都是有效的系统。然而,每种方法需要专门的外部传感器来检测楼梯的形状。另一方面,根据搜索目标,有情况下楼梯的形状是已知或可以使用外部传感器检测到,最初安装来实现自动导航地图或环境建设。在这种情况下,应该有可能减少专用外部传感器检测路面的形状,这是常规方法所要求的。与其他相关研究的例子,Ohno等人提出了一种半自治的方法使子轨迹保持接触未知的形状,实现柔性关节基于关节力矩的信息(12]。然而,这种方法需要一个电流传感器在每个子轨道得到关节转矩传感器信息是受到摩擦的传输的影响。减少摩擦的影响,应小齿轮的减速比。然而,su-track权力实现所需控制在不平坦的地形是有限的。此外,南等人提出和验证控制而提升楼梯使用履带式机器人不需要任何额外的传感器,但这种方法适用于在他们的研究中使用的特定的机器人。因此,它不被认为是适合一般应用程序。上述传统方法主要是对未知自然崎岖的地形。另一方面,有一些情况下楼梯的形状,这种简单情况下,机器人不需要外部传感器。因此,在本文中,我们提出一个自治运动的四自由度跟踪机器人攀爬上下一个已知的基于旋转楼梯的速度主要跟踪的旋转位置子轨迹,和IMU(惯性测量单元)的信息,没有任何其他内部和外部传感器。此外,一些传统multi-DOF跟踪机器人,如海棠、6自由度,四子轨迹,分别在左前,有时右前方,rear-left, rear-right主要的痕迹。 However, in the case when it is undergoing a typical climbing up/down motion on stairs, the left and right subtracks are not operated independently but are synchronized. Therefore, our proposal is also useful for 6-DOF tracked robots. In addition, some verification tests are reported to confirm the validity of the proposed method.

作为一个补充,我们已经报道的一部分(只有爬楼梯)与这个主题相关(13]。本文全面的内容包括爬上爬下楼梯除了[13]。

2。问题描述

在这项研究中,我们的目标是实现一个四自由度跟踪机器人的运动规划和控制提升和下降在各种类型的楼梯只利用旋转信息的跟踪和机器人身体的态度。继续这项研究中,我们假设目标机器人和目标环境,如以下部分所示。这些假设是常见的许多应用,如自主检查在建筑物或搜救,因此本研究的结果可以广泛而普遍使用。

2.1。目标机器人

在这项研究中,我们采用四自由度跟踪机器人,由两个主要的跟踪,使刹车转向。它有两个对两个同步子轨迹。一对是两岸的面前,,另一个是两岸的后方。每个子轨道的旋转范围超过±90°的前后轴的方向主要分配的踪迹。为关节角,前后被定义为积极,以防直接向上主要跟踪。我们还假设机器人的形状和参数的机器人的质心的位置是已知的。此外,我们假设机器人的质心的位置设置,使其适合的范围内直接接触地面的主要轨道之上。进一步说,这个位置是在机器人的状态只有主履带接地在水平面为任何关节角前方和后方的子轨迹。此外,还有多个锚定桩每个跟踪服务改善的外围轨道与地面之间的摩擦。这些应足以防止机器人下滑。 We assume that the number of rotations of the main tracks and the subtracks are obtained by internal sensors, such as rotary encoders, which enable basic velocity/position control and odometry. The robot’s pose is obtained by an IMU that contains acceleration sensors and gyroscopes. The definition of each specification parameter is described in Figure1(我)。和是由外缘形成的角度对对称线当前后子轨迹从机器人的一侧,分别。他们是由以下几点:

2.2。目标环境

在本文中,我们处理一个环境组成的两个不同的水平层楼梯,连接的并行与所有步骤。距离(沥青)和倾向之间的两个相邻边的楼梯是常数。

我们假设所有步骤有一个水平面,和一个垂直平面的存在是任意的。 , ,和步骤是已知的。楼梯的宽度足够大的机器人。此外,我们假设之间的关系的最大长度下的平面面积的机器人 是 。这个假设意味着机器人可以遍历楼梯,同时保持一种倾向的机器人,等于楼梯。此外,的条件 是有限的,跌落后(稍后介绍)不会发生的情况下机器人延伸所有子轨迹完全伸直。这种假设身体意味着机器人至少能够遍历楼梯。

3所示。运动阶段和失效模式的定义

跟踪机器人爬上楼梯时,有三种运动阶段(图2)。另一方面,有四个运动阶段案件爬下楼梯(图3)。在这两种情况下(爬,爬下来),最容易发生的故障模式根据不同运动阶段。在本节中,我们定义失效模式、运动阶段,和它们之间的关系。

3.1。爬上运动的三个阶段的定义

首先,我们爬楼梯运动划分为三个阶段如下:(我)拉高提升阶段:这个阶段开始时机器人触动的最低一步楼梯,一直持续到机器人的倾向, ,对应的楼梯,(图2(我))。(2)正常爬阶段:这个阶段(i)和(3)之间的关系。在此阶段,机器人的倾角等于的楼梯(图2(2))。(3)俯冲提升阶段:这个阶段,机器人的倾角开始减少,从而导致机器人成功达到新的水平(图2(3))。

3.2。爬下运动的四个阶段的定义

其次,我们把爬楼梯运动分成四个阶段如下:(我)Descend-ready阶段:一个操作状态检测机器人之间的相对位置和最高的一步。(2)拉高下降阶段:主要跟踪触摸后最高的一步,机器人的运行状态,直到螺旋角的身体大幅匹配倾向的楼梯 。(3)正常的爬下阶段:这个阶段(2)和(iv)之间的关系。在此阶段,机器人的倾角, ,等于的楼梯,(图3(3))。(iv)俯冲下降阶段:这个阶段离开一步,直到最低的机器人的螺旋角的身体, ,均匀匹配低地板上

3.3。失效模式的定义

而机器人遍历楼梯,有必要防止以下四个失效模式:(1)之间的摩擦滑动:跟踪和步骤是不够的主要跟踪的方向移动。(2)跌落后:机器人的身体向后旋转和下行最低接触点楼梯(向后翻转,如图4)。(3)机器人的方向错误:取向偏离垂直方向每条边的楼梯。虽然这偏差不是失败,因此,侧面的下降(提示,如图5)或接触侧墙限制楼梯的宽度或下滑向旁边(摩擦力降低,滑下的侧向机器人)可能发生。摘要作为这些失效模式的通用名称,它被编写为方向错误。(4)过度冲击:接触冲击超过可接受的水平的机器人(或周边环境)下降时,触动周围环境(如图6)。

4所示。运动阶段和失效模式之间的关系

每个失效模式的趋势是不同的每个运动阶段。在本节中,我们解释每一失效模式的关系,很可能会发生在每个运动阶段。

4.1。案件涉及爬

以下4.4.1。拉高提升阶段

下滑倾向于发生由于摩擦力不足。另一方面,因为机器人的音高的身体是零个或足够小,很难掉落后,侧面的相对于其他运动阶段。此外,关于过度冲击,它发生后如果机器人的身体滑距方向。然而,这可以防止防止下滑。因此,对于这一阶段,需要优先考虑防止滑动。

4.1.2。正常爬的阶段

根据部分中描述的假设2、摩擦生成足够的楼梯在正常爬阶段。出于这个原因,很难。另一方面,因为机器人的倾斜的身体很大,落后和侧面的可能会出现下降。此外,过度冲击不大可能发生,除了那些下降造成的落后和侧面的。此外,即使它发生时,它的影响力往往会降低。因此,在这个阶段,最好防止下降落后和侧面的。

4.1.3。俯冲提升阶段

以及正常爬的阶段,是不可能的。此外,一旦下降落后和侧面的是可以预防在正常爬阶段,很难滑移发生,即使是在这个阶段。另一方面,如果不能正常操作的子轨迹,机器人身体的重心后立即通过最高的一步,它将在重力和将下降而旋转的边缘,导致过度冲击时降落在楼上。因此,在这个阶段,需要优先考虑预防过度冲击。

4.2。案件涉及爬下来

4.2.1。准备Descend-Ready阶段

因为这一阶段主要是手术甚至搬上飞机,是很困难的对于任何失效模式中描述的部分3所示。2。然而,根据机器人的质心的位置和子轨迹的长度,它可以摔倒当接地子轨迹,机器人身体解除。

4.2.2。拉高下降阶段

因为老是发牢骚的履带带接触的最高边缘斜方向的步骤在此阶段,摩擦生成足够(稍后介绍)。因此,很难控制不力的发生。此外,由于机器人身体的音高是零或足够小,很难下降落后和侧面的描述的正常爬下阶段。另一方面,如果不能正确地操作子轨迹,它是由重力拉机器人的重心后立即通过边最高的一步,而旋转,下跌和过度冲击发生在降落的时候。因此,在这个阶段,还需要优先考虑预防过度冲击。

4.2.3。正常的爬下阶段

这是一样的正常爬的阶段。因此,在这个阶段,最好防止下降落后和侧面的。

4.2.4。俯冲下降阶段

除了拉高提升阶段,可能出现下滑。然而,因为目的地的下层楼下滑后机器人前进,滑动本身并不是致命的。然而,它是可能的着陆的冲击时由于下滑可能过度。另一方面,落后的下降和侧面的很难发生在这个阶段,只要他们在正常的爬下阶段是可以预防的品位。此外,如果前面的子轨迹不能正常运作,它的最低联系前面的子轨迹后立即离开,边缘和过度冲击时产生着陆。因此,在这个阶段,需要防止过度冲击为主,包括那些由滑动(图引起的7)。

每个运动阶段和失效模式之间的关系本节中描述总结表2。

5。经营战略

三个阶段涉及的爬楼梯和四个阶段涉及爬下来,可能发生的失效模式,在每个阶段应该考虑是不同的。在本节中,我们描述的操作策略,防止失效模式可能发生在每一个阶段。此外,当机器人让子轨迹和接触平面组成的主轨道和子轨迹处于水平状态,整个机器人的质心的位置通常是不接触平面的中心,是在前面或后面。本文的质心位置是有偏见的机器人被定义为前面的方向。考虑到情况与正常上下攀爬,它是可取的,重心偏向上面为了让机器人操作没有下降落后。这是常见的在升序和降序的情况下。因此,它是可取的,提升操作由推进(平移速度为正),和递减操作扭转(平移速度为负)。在本文中,我们假定爬向前运动,攀岩是一个向后的运动。因此,注意,一边接近机器人的低地板后,一边靠近楼上是前面,没有根据上下攀爬运动之间的差别。

5.1。预防在拉高提升阶段

在拉高提升阶段,操作,防止滑倒应该放在首位。因此,机器人的运动应该提前预定,以防止滑动模式。出于这个原因,它是可取的,引用子轨迹的关节角和设置,增加摩擦。据刘y和g·刘,当跟踪机器人锚定桩使接触峰的一个步骤,如图8等效摩擦系数(力影响它的价值计算边缘方向除以力影响的正常方向)在接触点可以计算(14] 在哪里是锚定桩的材料之间的摩擦系数和材料的楼梯。因此,前面的子轨道的摩擦是最大化当分母的右边(2)等于零。因此,滑动模式可以最小化时,参考前面的子轨道角确定是

顺便说一下,对于这种情况,数学等于无穷大。这意味着有限的力量影响到接触点即使法向力等于零的实际连接老是发牢骚的人。此外,如果机器人电梯主体从水平状态,提升身体所需的摩擦系数变小了,小如前面接触点变得身体靠近后接触点(15]。

另一方面,防止跌落后的模式,它是可取的,后面的子轨迹仍然十分贴近地面,以防止它下降落后。基于上述,我们可以得出结论,参考后子轨道的关节角决定如下: 在哪里后子轨道的边缘,不接触低楼,即使有任何错误或延迟的控制。

5.2。预防向后下降和侧面的正常爬的阶段

在正常上升阶段,两个模式下降,下降落后和方向错误,很容易发生。可以防止下降落后模式子轨迹时正常运作。另一方面,很难防止侧面的模式下降的情况下机器人的方向与垂直方向的楼梯的边缘,即使子轨迹正常运营。在接下来的部分,我们将描述控制方法以防止上述两种失效模式。

5.2.1。使用子轨迹预防下降落后

落后的模式出现在下降的情况零力矩点(即加速度投影点的质心支持多边形)(16机器人的向下移动,移动多边形范围的支持。因此,当机器人爬上楼梯,它是可取的重心位于尽可能低,朝前地和多边形向后扩展支持。在此基础上,对前面的子轨道有效延长朝前地,和后面的子轨道向后扩展,这样所有的接触点都位于一个平面。因此,引用子轨迹在正常的关节角爬阶段所描述的

5.2.2。使用主要跟踪预防方向错误

防止机器人方向错误,它是可取的,机器人的方向与垂直方向的楼梯尽可能。因此,主要跟踪需要控制的控制律的基础上(6)使用 ,这是机器人的方向之间的角度和楼梯的方向: 在哪里是目标角速度机器人的身体和是控制增益。要克服的问题涉及的检测 。在我们的假设中,机器人没有任何外部传感器。此外,在左边和右边的情况主要跟踪经验不平等程度的下滑在楼梯上,以及机器人的偏航角通过陀螺仪经历一些漂移,它造成的估计误差的增加当机器人只依赖一个船位推算方法测程法或陀螺仪等。因此,为了解决这个问题,我们提出一个方法来计算基于重力方向的滚动信息。让是一个单位向量指向左边的机器人身体在机器人坐标系中,并让是一个单位向量在重力方向上(图9)。

作为 ,在那里是机器人的横摇角的身体对重力的方向,我们获得吗 方程(8)表明,我们可以获得倾斜的楼梯和机器人的横摇角的身体 。 也知道,可以只使用一个内部传感器检测到,IMU,无漂移。此外,开关控制律的拉高阶段正常攀升阶段时进行机器人身体的螺旋角足够接近倾斜的楼梯, 。更具体地说,该控制律时改变条件 建立了。在这里,描述了检测机器人的螺旋角的误差范围。

5.3。休克缓解在俯冲提升阶段

在俯冲提升阶段,机器人应该非常小心缓解冲击,机器人的身体和地面之间遇到时触动在楼上。对于减震来说,理想的软,着陆运动使自由落体的高度等于零。这种运动在理论上可以创建通过导致前面的子轨道接触楼上前机器人身体的重心投影点通过最后一步的巅峰。这可以意识到只有当机器人的位置估计没有错误。然而,机器人很难保持位置估计的准确性在高质量的楼梯,它往往经历下滑或振荡。如果前面的子轨迹联系楼上与机器人的位置估计误差,它可能达到的顶峰的最后一步使用武力或楼上。作为一个结果,增加,在最坏的情况下,落后的模式发生下降。为了避免上述情况,在本文中,我们提出一个方法,吸收的位置估计误差的实际应用。具体来说,机器人在自由落体的运动,它的高度不超过最大可接受的高度机器人和机器人周围的环境时,触动在楼上。

图10 ()表明一个国家的关节角后子轨迹都等于零,和零力矩点匹配的最后一步。这是机器人的状态转换关系配置开始前进,和表明自由落体的高度。基于图的几何条件10 (),前面的参考关节角子轨道 ,中描述(10)下面,自由落体等于预期的高度不到 。 在哪里是机器人的正反面方向偏移距离峰值之间的最后一步,主要跟踪的中心,如图10 ()。具体地说,它是由下列方程表示:

另一方面,后方的关节子轨迹应控制略微向下,支持机器人身体下降平稳,如图10 (b)。我们可以确定一个合适的角度后子轨道通过使用机器人的配置图:三个接触点不生成所需的内力抓住楼梯。

根据几何条件,参考后子轨道的关节角可以通过计算 在哪里是机器人的螺旋角的身体当前面子轨道接触机器人跌倒后的楼上前进的方向。因此,它满足

在这项研究中,我们假设机器人没有外部传感器。因此,正常的攀爬的相变阶段俯冲阶段进行运行时的距离在正常上升阶段超过一个固定的值,见以下方程: 在哪里步骤的数目。是一个维度,是显示在图11,这是由根据几何条件

5.4。最高位置的检测步骤Descend-Ready阶段

机器人是最理想的精确感知与楼梯的相对位置,以顺利、安全地执行操作后的爬下来拉高下降阶段。然而,楼梯的形状信息,可以被楼上的机器人只适用于顶部边缘的一步。因此,为了检测使用一个机器人,没有外部传感器,我们让机器人执行以下操作。首先,把后面的子轨道与地面接触,和倾斜机器人身体略向前倾。更具体地说,机器人的螺旋角的身体被设置为一个角度超过检测螺旋角的误差范围 ,和稳定裕度(17)就足够了。我们定义这个角 。另一方面,关于前面子轨道,位置决定留在非常接近上部水平地板,向前倾斜可以顺利、安全地进行。总之,目标关节角的子轨迹可以表示为如下方程:

如上所述,如果机器人向后移动到楼梯而控制子轨迹,机器人能感知它的相对位置如图12当机器人的螺旋角的身体水平。

5.5。休克缓解在拉高下降阶段

在拉高下降阶段,是非常重要的,以减轻冲击当身体崩溃之后立即楼梯机器人的质心经过楼梯的顶部边缘。为了减少这种冲击,应该等于什么尽可能在质心的位置超过最高的边缘的一步。基于这个想法,每个子轨道的目标关节角决定如下。首先,前面子轨道控制机器人身体的倾向匹配倾向的楼梯尽可能多的。具体来说,执行以下描述的反馈控制方程: 方程(18前子轨道)意味着PI控制机器人身体的螺旋角匹配的楼梯倾向 。但是,基于此控制方法,它是必要的因为它是有限的 的对策情况前子轨道的长度不足以使机器人的身体倾斜的倾向楼梯(见图13)。

另一方面,关于后子轨道,它需要控制基于以下方程这样机器人的倾斜的身体伴随着倾向质心位置后的楼梯穿过边最高的步骤:

此外,从之前立即descend-ready阶段转向拉高下降阶段时可以执行机器人身体的倾角变得足够的水平。具体来说,切换时应执行下列方程(20.)是满足使用螺旋角方向的检测误差 。

5.6。预防向后下降和侧面的正常爬下阶段

最好是执行相同的控制正常爬的阶段。为了防止跌落后,机器人应该扩展前后水平子轨迹,并防止方向错误,主履带机器人应该控制,这样直接垂直于边缘的楼梯根据横摇角信息。是合理的,从前面拉高下降阶段执行时认为,机器人的质心的位置已经从最高的边缘向下的步骤,以及当机器人的螺旋角的身体匹配倾向的楼梯 。在这里,我们描述前面的关节角子轨道在这种情况下。基于图14ZMP时,下列方程定位在楼梯的最顶点的阶段: 在哪里之间的水平距离的中心前面的链轮主要跟踪和楼梯的顶端,当ZMP与楼梯的顶部边缘重合。此外,让在链轮之间的垂直方向的距离中心和前面的楼上的主要跟踪相同的状态,而当匹配 ,它被描述为 此外, 因此,我们可以得到以下方程: 从上面的,它是合理的切换时(25)和(26)感到满意。

这里,当 arcsin术语(25不能定义)。这意味着,当机器人的螺旋角的身体伴随着楼梯,和质心的位置超过最高的楼梯边,前面subcrawler太短接触上层楼。在这种情况下,它是合理的忽略的条件(25)。

5.7。防止滑落和影响缓解在俯冲下降阶段

为了避免冲击如图7,有必要设置前子轨道上方向比一步倾向和离开前将下降高度设置为0。另外,如果前面的子轨道的长度不足以触动楼上,这是可取的,让它尽可能小。此外,有必要考虑冲击将出现下滑。在这里,节中描述5。1子轨道前的关节角,大多数阻止下滑所表达的是(3),这意味着它总是直接向上比在大多数情况下机器人身体的倾向。在这项研究中,我们关注的是滑动的预防,我们假定下降高度可以减少为零,因为前面的子轨道是足够长,甚至如果一滴一定高度时,这种影响将是允许的。根据这一假设,每个子轨道的操作概念一节中描述的类似5。1,它是合理的执行控制的基础上3)和(4)。

接下来,我们考虑一个合理的条件正常切换控制方法从过去爬下阶段。这是一个选择开关,当机器人的螺旋角的身体变得小于楼梯的倾角。然而,切换控制方法在这个即时增加机器人的螺旋角接地后指向低地板从后方子轨道的主要跟踪并生成下降落后的风险。在这项研究中,我们假设backward-falling运动时不发生机器人身体的倾角小于楼梯的倾向。出于这个原因,它是安全开关控制方法在确保机器人身体的倾斜不超过一步倾向于改变控制方法。此刻前后的状态转换图所示15。基于几何条件下, 建立了。此外,我们还得到以下方程:

从上面的,它被认为是安全开关当机器人的螺旋角的身体满足以下方程:

6。验证测试

我们验证了前一节中描述的方法进行测试跟踪机器人模型楼梯上。在本节中,我们描述了过程和结果,并讨论了验证测试。

6.1。测试设备

但是。跟踪机器人

我们使用了机器人跟踪洋麻纤维(18(图)在我们的实验室验证测试16)。洋麻纤维是一个6自由度跟踪机器人,有两个主要轨道遍历,以及四子轨迹,位于双方在机器人的前后,都可以单独控制。然而,左和右子轨迹中同步验证测试。表1表明洋麻纤维的参数。此外,这个机器人配备了一个RT-USB-9AXIS-00,这是一个9-axis IMU传感器模块由RT制造有限公司有限公司,主要跟踪部分,并使用posture-estimation Madgwick提出的滤波器等。19]。因此,机器人可以探测到俯仰和横摇角对重力的方向。

此外,机器人有一个9-axis IMU传感器模块RT-USB-9AXIS-00由RT有限公司,有限公司,主要跟踪检测机器人的俯仰和滚角度对重力的方向。

6.1.2。模型楼梯

为了确认该方法中描述的部分5可以应用即使倾角和球场楼梯的改变中,我们使用一个白手起家的楼梯模型,如图17。楼梯可以改变音高之间的两个相邻边的楼梯和倾向 。 可以改变了60°,可以改变任何值高达2400毫米。

6.2。测试程序

洋麻我们实现了该方法,我们对模型进行遍历测试楼梯安全绳在机器人的前面。作为初始条件,机器人是由面对一步,开始前后子轨迹向内折叠( [°])。

主要跟踪的运行速度是5 cm / s和−5 cm / s升序和降序的测试,分别。(2)和(3),我们设置摩擦系数 [-]基于我们的初步测试。后子轨道的边缘需要防止接触地板被设置为低 。自由落体的高度被设定为毫米的条件 和80毫米 。此外,在descend-ready阶段,目标的关节角向后履带将−36°。根据一些初步实验的结果,检测机器人身体的螺旋角误差 。

另一方面,基于上述参数,我们在三种不同条件下进行了验证测试, =(30°、200毫米)(30°,300毫米),和(45°、200毫米),我们为每个条件执行五个试验。步骤的数量是不断发现 。

在这些测试中,螺旋角和横摇角机器人的身体,关节角 , ,和操作模式记录日志信息。

6.3。测试结果

洋麻遍历模型在各种条件下的楼梯没有任何故障模式。代表导致每个条件,连续的照片显示了机器人的行为数据18- - - - - -23,在这些实验中获得的数据资料数据所示24- - - - - -29日。

基于数据的连续照片18- - - - - -23,我们可以证实,机器人可以安全地爬楼梯上下运动的基础上,提出策略。在这里,我们考虑机器人的状态的过渡为每个模式的数据配置如图24- - - - - -26爬的测试结果。首先,在拉高提升阶段,机器人的螺旋角几乎保持最低水平,直到它触及一步,所以前后子轨迹也几乎保持恒定的角度根据(3)和(4)。前子轨道使接触后最低的步骤中,机器人的螺旋角逐渐增加,与此同时,前面的子轨道的关节角降低,后子轨道相应增加;因此,我们可以看到,螺旋角的主体顺利配合stair-inclination角。之后,当螺旋角的主体大致匹配的倾角楼梯,切换到正常爬提升阶段,并且每个关节角的前后保持不变基于子轨迹(5)。通过这种方式,可以爬楼梯,同时保持机器人的螺旋角的身体几乎倾角的楼梯。在这个正常爬的阶段,当旅行距离满足(14),过渡到俯冲提升阶段,和前后子轨迹确定基于(10)和(12)。然后,它可以移动重心在楼上和降低机器人的螺旋角的身体。

另一方面,我们应该考虑数据概要文件如图27- - - - - -29日的测试结果,这是爬下来。第一descend-ready阶段,机器人回到保持它螺旋角的机器人身体略减少了前方和后方的关节角控制子轨迹基于(16)和(17)。因此,我们看到,条件(20.)成立于大约在同一时间,主要跟踪的尾部与最高的台阶的边缘,和过渡到随后的拉高下降阶段。在拉高下降阶段,前方和后方的关节角子轨迹控制是基于(18)和(19),分别和机器人的螺旋角的身体可以配合目标倾向, 。切换到正常的爬下阶段后,机器人继续向后的方向前进,直到条件(25)和(26建立了)。然后,切换到俯冲下降阶段。在此阶段,相同的控制执行的子轨迹与拉高提升阶段,它成功地将自己的螺旋角机器人的身体水平。

因此,我们提出的方法应用于不同情况下对不同配置的楼梯。

7所示。结论

在这篇文章中,我们描述了一种方法,使一个四自由度跟踪机器人自主爬上下一个已知的楼梯只基于内部传感器。我们分类运动阶段和四个失效模式而机器人上下爬楼梯,然后我们提出一个有效的运动在每一个阶段,以防止失效模式。此外,阶段之间的转换也意识到主要基于倾角传感器的机器人的身体。验证测试的结果,我们证实了一个四自由度跟踪机器人爬上下楼梯没有任何失效模式基于我们提出的方法。从上面的,本研究的目的是自动地板改变四自由度跟踪机器人通过楼梯。此外,本文中描述的方法可以应用于许多机器人共享部分中描述的假设2,它可以将广泛推广。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作的部分支持由jsp研究员(没有的补助金。16 j2554)。最后,作者要感谢Editage (https://www.editage.jp)英语编辑提供的服务。

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