四足机器人行走系统设计.pptx

四足机器人行走系统设计演讲人：日期:

CATALOGUE目录02运动控制策略01结构设计方案03动力系统配置04感知与导航模块05测试验证体系06应用与优化方向

结构设计方案01

腿部机械构型选择连杆式腿部结构通过连杆和关节实现腿部运动，结构简单、易于控制，但运动范围和灵活性有限。关节式腿部结构复合式腿部结构采用旋转关节实现腿部运动，灵活性高、运动范围大，但结构复杂、控制难度大。结合连杆式和关节式结构的优点，具有更高的灵活性和运动范围，但结构更为复杂、成本较高。123

关节驱动方式对比液压驱动驱动力大、响应速度快，但液压系统复杂、维护成本高。电动驱动驱动系统简单、易于控制，但驱动力较小、响应速度较慢。气压驱动驱动系统简单、成本低，但驱动力和响应速度均不如液压和电动驱动。

铝合金材料密度低、强度高，但成本较高，加工和焊接难度较大。材料轻量化与强度平衡碳纤维材料具有非常高的比强度和比刚度，但成本极高，且韧性较差，不易加工。复合材料结合多种材料的优点，可以实现轻量化与强度的平衡，但设计和制造成本较高。

运动控制策略02

静态步态规划考虑机器人动力学特性和地形变化，实时调整步态参数，以实现稳定行走。动态步态规划多种步态选择根据行走速度、地形和能耗等因素，选择合适的步态模式，如爬行、行走、奔跑等。通过计算每条腿的落地点和支撑点，确保机器人在行走过程中保持平衡。步态规划算法原理

姿态稳定性控制逻辑通过传感器实时检测机器人姿态信息，包括俯仰角、滚转角和偏航角等。姿态感知根据姿态感知信息，通过调整每条腿的支撑力和运动轨迹，实现姿态稳定控制。姿态调整基于实时反馈的姿态信息，评估机器人当前行走状态的稳定性，为步态规划和姿态调整提供依据。稳定性评估

通过传感器实时检测地面情况，包括地形、摩擦力和障碍物等。地形适应动态调整地面感知根据地面感知信息，动态调整步态参数和姿态控制策略，以确保机器人在不同地形上稳定行走。地面适应性步态调整针对地面障碍物，规划越障步态，通过调整腿部运动轨迹和姿态，实现越障行走。障碍物越障

动力系统配置03

电池与能源管理方案电池类型选择根据四足机器人的功率需求和使用时间，选择合适的电池类型，如锂离子电池、钠硫电池等。能源管理策略能源转换与储存设计合理的能源管理策略，包括电池电量监测、节能控制、充电策略等，以延长电池使用时间。研究如何将其他形式的能源（如太阳能、液压能）转换为电能并储存，以备不时之需。123

电机选型与功率分配电机类型根据四足机器人的运动特性和负载情况，选择合适的电机类型，如直流电机、交流电机、步进电机等。电机功率分配根据四足机器人的行走步态和关节负载情况，合理分配电机的功率，以提高电机的使用效率和寿命。电机控制策略设计合理的电机控制策略，实现电机的平稳运行和快速响应，提高四足机器人的行走稳定性。

发热元件散热针对电机、电池等发热元件，设计有效的散热结构，如散热片、风扇等，以保证其正常工作。热管理及散热设计热传导与热辐射研究热传导和热辐射的机理，合理布置发热元件和散热结构，以提高散热效率。温度监测与控制设计温度监测和控制系如有温度传感器、温度控制器等，实时监测发热元件的温度，防止过热导致损坏。

感知与导航模块04

环境感知传感器布局激光雷达传感器用于获取环境的三维点云数据，帮助四足机器人进行地形识别与障碍物检测性测量单元（IMU）通过测量加速度和角速度，感知机器人的姿态和运动状态，提高行走稳定性。视觉传感器包括摄像头和图像处理器，用于识别环境中的目标、颜色、纹理等信息，辅助进行环境感知与决策。触觉传感器安装在四足机器人的脚部，用于检测地面材质、硬度等信息，以便调整行走策略。

SLAM技术融合应用通过SLAM技术，四足机器人可以在未知环境中实时构建地图，实现自主探索与导航。实时地图构建SLAM技术可以准确估计四足机器人的位置与姿态，为其在复杂环境中提供精确定位与导航能力。定位与导航通过SLAM技术，四足机器人可以更好地适应动态变化的环境，如在不同地形上行走、躲避障碍物等。环境适应性强

采用图论方法，将环境抽象为节点和边的图结构，通过搜索算法找到最优路径。路径规划算法实现基于图搜索的路径规划通过随机采样方法生成路径，如快速随机探索树（RRT）等，适用于高维空间路径规划。基于采样的路径规划结合环境信息和目标位置，通过启发式函数引导搜索方向，提高路径规划效率，如A*算法等。启发式搜索算法

测试验证体系05

仿真平台搭建流程仿真软件选择选择适合四足机器人行走系统仿真的软件，如MATLAB/Simulink、Gazebo等。仿真模型建立仿真环境设置根据四足机器人的实际结构和参数，建立准确的仿真模型，包括机器人结构、运动学模型、动力学模型等。设定仿真环境，包括地形、障碍物、摩擦力等，以模拟真实场景，验证四