六足步行机器人控制系统研究

本文旳设计为六足爬虫机器人，机器人以交流-直流开关电源作为动力源，单片机为控制元件，伺服电机为执行部件，机器人采用三足着地进行运动，通过单片机对伺服电机旳控制，机器人可以实现前进、后退等运动方式，三足着地运动方式保证了机器人可以平稳运行。

伺服电机具有力量大，扭矩大，体积小，重量轻等特点。

单片机产生20ms 旳PWM 波形，通过软件改写脉冲旳占空比，从而到达变化伺服电机角度旳目旳。

1 机器人运动分析1.1 六足爬虫式机器人运动方案比较方案一：六足爬虫式机器人旳每条腿都能单独完毕抬腿、前进、后退运动。

此方案旳特点：每条腿都能自由活动，每条腿都能单独进行二自由度旳运动。

每条腿旳灵活性好，更轻易进行仿生运动，六足爬虫机器人可以完毕除规定外旳诸多动作，运动旳视觉效果更好。

由于每条腿能单独完毕二自由度旳运动，因此每条腿上要安装两个舵机，舵机使用数量大，舵机旳安装难度加大，机械构造部分旳制作相对复杂，又由于每个舵机都要有单独旳信号控制，电路控制部分变得复杂了，控制程序也对应旳变得复杂。

方案二：六足爬虫式机器人采用三腿为一组旳运动模式，且同一侧旳前腿、后腿旳前后转动由同一侧旳中腿进行驱动。

采用三腿为一组(一侧旳前足、后足与另一侧旳中足为一组)旳运动方式，各条腿可以协调旳进行运动，机器人旳运动相对平稳。

此方案特点：相比上述方案，个腿可以协调运动，在满足运动规定旳状况下，舵机使用数量少，节省成本。

机器人运动平稳，控制、驱动部分都得到对应旳简化，控制简朴。

选择此方案，机器人还可进行横向运动。

两方案相比，选择方案二更合适。

1.2 六足爬虫式机器人运动状态分析1.2.1 机器人运动步态分析六足爬虫式机器人旳行走是以三条腿为一组进行旳，即一侧旳前、后足与另一侧旳中足为一组。

这样就形成了一种三角形支架构造，当这三条腿放在地面并向后蹬时，此外三条腿即抬起向前准备轮换。

这种行走方式使六足爬虫式机器人运动相称稳定，任何时刻有三足着地，可以保持良好旳平衡，并可以随时随地停息下来，由于其重心总是落在三角支架之内。

六足机器人步态规划及其静态稳定性研究张春阳;江先志【摘要】以一种新型六足机器人样机为研究对象,研究机器人直线行走步态及其在该步态下的稳定性.分别规划了一种六足机器人纵向与横向直线行走的三角步态,给出了六足机器人在三角步态下步长以及稳定裕度的计算方法,并分析了六足机器人在三角步态下的静态稳定性.六足机器人采用三角步态直线行走时,不考虑惯性力对机器人稳定性的影响,在其步长满足一定条件时,六足机器人是静态稳定的.【期刊名称】《成组技术与生产现代化》【年(卷),期】2016(033)002【总页数】8页(P40-47)【关键词】六足机器人;步态;静态稳定性【作者】张春阳;江先志【作者单位】浙江理工大学机械与自动控制学院,浙江杭州310018;浙江理工大学机械与自动控制学院,浙江杭州310018【正文语种】中文【中图分类】TP242.6科学技术的发展扩大了人类的活动空间，新型多足仿生机器人的研究越来越受到人们的关注.六足机器人因其步态相比八足机器人简单且高效，相比四足机器人具有更高的稳定性，所以六足机器人行走步态成为仿生机器人领域中研究的热点.六足机器人的步态规划是其行走的关键技术，步态规划直接关系到机器人的行走质量.好的行走步态，能保证机器人在行走过程中具有良好的稳定性以及较高的运动效率，反之，不仅不能使机器人获得良好的稳定性以及行走品质，而且很有可能导致机器人根本不能行走.经过人们对六足昆虫行走策略的研究，对于六足机器人，根据其在行走过程中支撑足的数目，可将其行走形式分为三角步态[1-5]、四足步态以及波动步态[6].其中，三角步态为六足机器人最常用的步态，其稳定性好、行走效率高.六足机器人在行走过程中，其步长对机器人稳定性具有一定的影响，为保证机器人具有良好的稳定性，机器人行走时应选取适当的步长.本文以六足机器人样机为研究对象，规划了六足机器人横向与纵向直行的三角步态，并结合其步长分析了机器人在采用三角步态直行时的稳定性.本文研究的六足机器人样机，以六足昆虫结构及运动特性为基础，采用结构仿生实现在复杂环境下灵活运动.图1是六足机器人样机.机器人机身以及其足部杆件均由铝合金材料制作而成，质量轻，强度高.机器人机身纵向整体长160 mm，中间宽130 mm，机身两端的宽度为75 mm，站立时机器人机身的几何中心距离地面85 mm.机器人每个足部拥有三个转动副：髋关节实现平行于机身平面的转动和垂直于机身平面的转动；膝关节实现垂直于机身平面的转动.髋关节的两个转动副的轴线相互垂直，髋关节第二个关节的轴线与膝关节轴线平行，机器人关节均用舵机驱动.图2为六足机器人的运动模型，标出了机器人机身尺寸以及足部关节间连杆的长度，并将机器人足部进行编号以方便后续讨论.步态是生物学领域的专业术语，是指人或动物通过肢体运动并前进的一种周期性形式.对于机器人而言，步态即机器人摆动足和支撑足周期性交替顺序的形式[7].为了分析步态，可将其每个周期分成多个部分.本文在对以仿生学为原理的六足机器人进行研究时，需要借鉴相关生物学概念[8]，具体如下：(1)步态(Gait)，为足部支撑足与摆动足周期性交替的形式.(2)支撑相(Support Phase)，为足部落地并对机体起到支撑作用的状态.(3)摆动相(Swing Phase)，为足部悬空并摆动的状态.(4)支撑多边形(Support Polygon)，为足部支撑点所构成的凸多边形在水平面上的投影.(5)步长(Step Length)，为行走系统支撑足与摆动足完成一个周期性交替动作，系统的重心前进或后退的距离.六足昆虫在行走过程中，采用的是三角步态，仿生六足机器人也是采用此步态.该步态速度快，灵活性高，稳定裕度大，机器人在运动时总有3个足对机器人进行支撑，每个支撑过程都使机器人向前运动一个步长，保障机器人机身平衡的同时使机器人获得最快的前进速度[9].本文所涉及六足机器人直行的三角步态，是重心固定的静步态，也就是机器人在迈步过程其重心一直处于不变的位置[10].相反，如果重心随机器人迈步而变动，则称为动步态.2.1 六足机器人纵向行走三角步态规划为方便描述六足机器人的纵向直行步态，将其6足进行编号(图3).六足机器人纵向行走初始，1、4、5号足抬起向前迈步处于摆动相，2、3、6号足进行支撑，保证足部支撑点构成的支撑三角形包络六足机器人重心在支撑平面内的投影，如图3(a)所示.当 1、4、5号足向前摆动到预定位置时，呈支撑相的2、3、6号足在各自髋关节舵机的作用下使机身前进一个步长S，如图3(b)和3(c)所示.当1、4、5号足完成向前迈步，随即进入支撑相，2、3、6号足抬起准备向前迈步，进入摆动相，如图3(d)所示. 当 2、3、6号足向前摆动到达预定位置的同时，处于支撑相的1、4、5腿在各自髋关节舵机的作用下使机身前进一个步长S，如图3(e)、图3(f)所示.上述过程循环往复，六足机器人便可以在地面上纵向行走.2.2 六足机器人横向行走三角步态规划六足机器人横向运动初始，2、3、6号足抬起向侧面(图4为右侧)迈步处于摆动相，1、4、5号足进行支撑，保证足部支撑点构成的支撑三角形包络六足机器人重心在支撑平面内的投影，如图4(a)所示.与2、3、6号足向侧面(图4为右侧)运动到预定位置的同时，呈支撑相的1、4、5号足在各自髋关节以及膝关节的舵机作用下使机身向侧面(图4为右侧)前进一个步长S，如图4(b)和(c)所示.当2、3、6号足完成向前迈步，随即进入支撑相，1、4、5号足抬起准备向前迈步，如图4(d)所示，进入摆动相.当 1、4、5号足向侧面(图4为右侧)运动到达预定位置时，呈支撑相的2、3、6腿在各自髋关节以及膝关节舵机作用下使机身向侧面(图4为右侧)前进一个步长S，如图4(e)和(f)所示.上述过程循环往复，六足机器人便可以在地面上横向行走.2.3 六足机器人直线行走三角步态相序六足机器人在纵向和横向行走过程中，足部两相循环变化使机器人前进，呈现明显的周期性和规律性.为了提高机器人在运动过程中的稳定性以及行走质量，支撑相的时间略大于摆动相的时间.这样可以保证机器人每一次摆动都能到位，给予机器人良好的支撑.六足机器人三角步态每条腿的两相变化如图5所示，其中黑色代表支撑相，白色代表摆动相.在六足机器人行走过程中，若已知机器人步长和迈步的频率，即可得知机器人移动速率.若迈步频率一定，机器人的速率由它的步长决定.因此，计算六足机器人步长对提高机器人移动效率以及移动的稳定性有着非常重要的意义.为了计算六足机器人三角步态下直线行走的步长，需要确定机器人足部关节在直行时的初始位姿，然后根据关节的初始位姿计算机器人直行的步长.3.1 六足机器人直行足部关节初始位姿确定当机器人纵向直线行走时，机器人从位置p1运动到p2时，机器人向前前进一个步长S1(图6).其中φ是机器人足髋关节向前向后摆动的最大角度，d是足部支撑点至髋关节关节轴线的距离.为方便研究，机器人的六足摆动角度均设为φ，支撑点至髋关节轴线的距离均设为d.在图7中，连杆L2，L3位置OPN为机器人纵向直线行走时，右侧足的支撑位姿，左侧足位姿与其相对于机身中轴线对称.连杆L2相对于连杆L1的延长线逆时针摆动θ1，连杆L3相对于连杆L2的延长线顺时针摆动θ2，此时L3垂直于地面，支撑点N至Joint1(髋关节)关节轴线的距离为d(对应图6中的d).当机器人横向直线行走时(图7)，连杆L2，L3位置OGR为机器人向右横向行走时右侧足的位姿，左侧足位姿与其相对于机身中轴线对称.连杆L2相对于连杆L1的延长线逆时针摆动角度β1，连杆L2相对于连杆L1的延长线顺时针摆动角度β2.为了方便研究，机器人每侧足横向直行的位姿相同，两侧足的位姿关于机器人中轴线对称.当连杆L2、L3从位置OGR运动到OGM时，机器人机身向右侧前进一个步长S2.3.2 六足机器人直行步长计算根据几何关系，由图6可知：S1=2ssin(φ)机器人足部连杆L1、L2、L3的长度分别是l1、l2、l3，根据几何关系，由图7可知：d=l1+l2cos(θ1)GH=PN-(PK-GQ)=l3-l2sin(θ1)+l2sin(β1)∠MGH=arccos(GH/GM)=arccos(l3-l2sin(θ)+l2sin(β))/l3由式(1)—式(8)可得：根据式(1)和式(2)，当θ1、φ为确定值时，六足机器人纵向直行的足部初始位姿及其步长确定.根据六足机器人纵向直行的初始位姿，由式(6)和式(8)得知，当θ1、φ、β1为确定值时，六足机器人横向直行足部初始位姿及其步长确定.六足机器人在足部确定位姿下，其横向和纵向直行的步长如式(9)所示.六足步行机器人在步行时能够保证机体处于平衡状态且不出现翻跌称为静态稳定性步行[11].本文中六足机器人的步态是静步态，不考虑机器人运动时产生的惯性力对其稳定性的影响.4.1 六足机器人三角步态稳定裕度Mcghee和Iswandhi于1976年提出静态稳定裕度SSM(Static Stability Margin)的概念[12].SSM稳定裕度的定义是重心投影点距离投影支撑多边形各边的最小距离，其数学表达式为：式中：SSSM为静态稳定裕度；ln为支撑足数，di G为重心投影至支撑多边形第i 条边的距离.当SSSM>0时，机器人处于稳定状态；反之，则是不稳定的.对于六足机器人来说，当机器人在运动时，其支撑多边形一直包络其重心在支撑平面内的投影，机器人的步态就是静态稳定的.图8所示,三角形区域表示机器人3个处于支撑相的足.在支撑平面内构成的稳定区域，只要机器人的重心在支撑平面内的投影G一直被其包络，机器人就是静态稳定的, 如果投影点超出了区域范围机器人便会失稳.S1、S2、S3是机器人重心投影点G距离机器人支撑三角形边界的距离,SSSM=min{S1,S2,S3}就是机器人行走状态下的稳定裕度.图9中所示L1，L4，L5点为某一瞬时机器人某3足在地面的支撑点，三角形L1，L4，L5为3个支撑足在支撑平面上构成的多边形. 其中点O为六足机器人重心投影点,X向为机器人横向行走的前进方向，Y轴方向为机器人横向运动的方向.OM1，OM2，OM3为六足机器人重心投影点在支撑平面内到支撑多边形L1，L4，L5各边的垂直距离,垂足为M1，M4，M5.由图9中L1,L5的坐标可得直线L1L5的斜率,则直线L1L5的方程为：由于直线OM1和直线L1L5垂直，因此OM1的斜率为，则直线OM1的方程为：可得以上两直线的交点M1的坐标：,用上述方法即可求M2，M3的坐标：,由此得出六足机器人重心投影点O到支撑三角形三条边的距离S1、S2、S3的值：六足机器人的稳定裕度为：4.2 六足机器人横向直行三角步态稳定性分析六足机器人在横向运动时,要保证重心投影点处于支撑多边形范围内，结合图7，其步长理论上满足关系<|OL4|(即S2<2(|OD|+d))，六足机器人将不会失稳.假设|AB|=2a、|GH|=2b、|CD|=2c(实际长度均可以在机器人机身测得)，六足机器人的横向的临界步长应为：S2=2(|OD|+d)=2(c+l1+l2COS(θ1)).在六足机器人纵向与横向直行初始位姿确定后，即可计算此位姿下机器人横向三角步态直线行走的临界步长.当六足机器人横向直线行走时，若其步长小于临界步长，机器人的稳定裕度大于零，机器人静态稳定.本文规划的横向直行的三角步态，当六足机器人向右(左)横向运动时其足部末端点的运动范围不会越过机器人重心，而且其步长满足关系<d，即机器人重心投影点一直处于支撑三角形范围内，六足机器人横向直行过程保持静态稳定.4.3 六足机器人纵向直行三角步态稳定性分析六足机器人纵向直行时，机器人足向前摆动支撑，如果机器人的步长太大，机器人重心的投影将会在支撑三角形的范围之外，这时机器人的稳定裕度小于零，机器人失稳.为保证机器人在纵向直行过程中不出现失稳，需求出能保持机器人纵向行走不失稳的临界步长.图10所示，当六足机器人第1、4、5号足分别由点L1，L4，L5摆动至点L1′，L4′，L5′时，机器人的支撑三角形由L1L4L5变为L1′L4′L5′，机器人重心O正好落在此时支撑三角形L1′L4′L5′的L4′L5′边上.为方便研究，六足机器人每个足的摆动角度相同.为了机器人在纵向直行的过程中不失稳，保证机器人重心在支撑三角形L1′L4′L5′范围内，需保证直线L4′L5′在Y轴上的截距yb小于零.L4′L5′的坐标为：L4′(c+dcosφ,dsin φ)、L5′(-(a+dcos φ),b(-dsin φ))，则直线L4′L5′的方程是：当x=0时，，其中.将sin φ、cos φ代入yb中，整理可得：令yb=0，可得到：式(19)中a、b、c的值可在机器人本体上测得.当机器人纵向直行初始位置确定时，d的值随之确定，通过MATLAB解方程可得到六足机器人纵向直行的临界步长S1.只要机器人纵向行走的步长小于临界步长S1，其重心的投影就在支撑三角形范围内，机器人理论上不会失稳.由于机器人机械结构在制造上存在误差，步长需进一步调整，以保证机器人在行走过程中的步态静态稳定.本文针对六足步行机器人，规划其纵向与横向直线行走的三角步态，给出了六足机器人以这两种步态行走时步长以及稳定裕度的计算方法，结合步长分析了六足机器人直线行走的静态稳定性.对机器人直行时的稳定性分析得知，六足机器人以三角步态行走时稳定裕度和步长有着紧密的关系.当机器人的步长超过其能保持机身静态稳定的临界步长时，机器人在行走过程中稳定裕度将会小于零，机器人将失稳.根据本文分析，调整机器人关节的运动范围，机器人在行走过程中可以具有较大的稳定裕度，同时机器人具有较大的步长.这为设计机器人物理样机以及现有六足机器人直行稳定性的提高提供了理论依据.【相关文献】[1] 徐小云, 颜国正, 丁国清. 微型六足仿生机器人及其三角步态的研究[J].光学精密工程,2002,10(4):392-396.[2] 徐小云, 颜国正，丁国清，等. 六足微型仿生机器人及其控制系统的研究[J].计算机工程,2002,28(11):81-83.[3] YU S, YAN W. Design of low-level motion controller for a two-wheel mobile mini-robot [J]. Mechanical & Electrical Engineering Magazine, 2006,23(9):38-40,46.[4] HAN J, ZHAO S, LI J. Movement Gait Harmony Control for Hexapod Robot [J].Mechanical & Electrical Engineering Magazine,2004,21(4):8-10.[5] 金波,胡厦, 俞亚新. 新型六足爬行机器人设计[J]. 机电工程, 2007,27(6): 23-25,36.[6] 谭兴军.偏心轮腿六足机器人设计与分析[D].重庆:西南大学, 2011.[7] 杨新锋,刘克成. 基于特征融合的步态识别算法研究[J].计算机与现代化, 2012(8):24-27.[8] 徐帅.六脚仿生机器人运动步态控制研究[D].银川:宁夏大学,2013.[9] Schilling M, Schneider A, Cruse H, et al. Local control mechanisms in six-legged walking[C]. IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, 2008:2655-2660.[10] 宋磊. 四足移动机器人步态规划与足力控制研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2007.[11] 谭小群,李军,赵国斌,等.一种重心调整装置在四足机器人步行中的应用[J].中国制造业信息化:学术版, 2008, 37(12): 25-28.[12] Mcghee R B,Iswandhi G I.Adaptive locomotion of a multi-legged robot over rough terrain[J].Systems,Man and Cybernetics,IEEE Transactions on,1979,9(4):176-182.。

智能六足机器人舞蹈设计实验报告【摘要】本文介绍了一款低成本的小型舞蹈六足机器人的设计。

根据仿生学原理确定六足机器人的比例尺寸，根据六足机器人的功能要求确定其自由度配置，选择了合适的材料和驱动元件，实现了一个小型的双足舞蹈六足机器人。

舞蹈六足机器人是娱乐六足机器人的一种，集软件和硬件于一身，核心是控制系统。

采用基于上下位机的控制结构，通过无线通信方式传输数据和指令。

在音乐特征识别的基础上结合专家系统、模糊控制等手段，通过舞蹈动作与音乐的自动匹配、同步演示等方法，实现舞蹈动作与音乐协调一致。

舞蹈六足机器人的设计一般要经过创意提案、整体论证、初步设计、组装调试、最终定型等几个大的步骤。

其中最重要的当数其中的机械设计环节，它关系到后面六足机器人的整体性能以及控制系统的设计。

【关键词】舞蹈六足机器人；AVR单片机；舵机1.引言六足机器人是作为现代高新技术的重要象征和发展结果，已经广泛应用于国民生产的哥哥领域，并正在给人类传统的生产模式带来革命性的变化，影响着人们生活的方方面面。

六足机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统等组成。

现在，国际上对六足机器人的概念已经逐步趋近一般，即六足机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。

联合国标准化组织采纳了美国六足机器人协会给六足机器人下的定义：“一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。

”六足机器人产业在二十一世界将成为和汽车、电脑并驾齐驱的主干产业。

从庞大的工业六足机器人到微观的纳米六足机器人，从代表尖端技术的仿人型六足机器人到孩子们喜爱的宠物六足机器人，六足机器人正在日益走进我们的生活，成为人类最亲密的`伙伴。

六足机器人技术和产业化在全中国甚至全世界拥有一定得现实基础和广阔的市场前景。

本次设计采用Atmega16L单片机作为双足六足机器人控制单元的核心，具备自主决策和智能判断的能力。

六足仿蜘蛛机器人的结构设计与仿真分析一、概述随着科技的飞速进步，机器人技术已经逐渐渗透到各个领域，特别是在仿生机器人领域，其研究与应用更是取得了显著的成果。

六足仿蜘蛛机器人作为仿生机器人的一种，其结构设计与仿真分析是当前研究的热点之一。

六足仿蜘蛛机器人是一种模拟蜘蛛行走方式的机器人，具有适应性强、稳定性高、运动灵活等优点。

通过模拟蜘蛛的六足行走机制，该机器人能够在复杂环境中实现高效、稳定的运动，具有重要的应用价值。

在结构设计方面，六足仿蜘蛛机器人需要考虑多个因素，包括机械结构、驱动方式、运动学分析等。

机械结构是机器人的基础，需要合理设计各部件的尺寸、形状和连接方式，以实现机器人的稳定行走和灵活运动。

驱动方式的选择直接影响到机器人的运动性能和效率，常见的驱动方式包括电机驱动、液压驱动等。

运动学分析则是研究机器人运动规律的重要手段，通过对机器人运动学模型的建立和分析，可以预测和优化机器人的运动性能。

在仿真分析方面，通过建立六足仿蜘蛛机器人的虚拟样机，可以在计算机环境中进行各种实验和测试，以验证机器人设计的合理性和有效性。

仿真分析可以帮助研究人员快速发现设计中存在的问题，并进行相应的优化和改进。

仿真分析还可以为机器人的实际制造和测试提供重要的参考依据。

本文旨在探讨六足仿蜘蛛机器人的结构设计与仿真分析方法，为该类机器人的研究和应用提供有益的参考和借鉴。

1. 机器人技术的发展趋势随着科技的飞速进步，机器人技术正迎来前所未有的发展机遇。

从简单的自动化操作到复杂的智能决策，机器人技术正逐步渗透到我们生活的方方面面。

在当前的科技浪潮中，机器人技术的发展趋势呈现出以下几个显著特点。

人工智能技术的深度融合是机器人技术发展的重要方向。

随着深度学习、神经网络等技术的不断发展，机器人逐渐具备了更强的感知、理解和决策能力。

这使得机器人能够更好地适应复杂多变的环境，实现更高级别的自主操作。

机器人技术的集成化趋势日益明显。

传统的机器人往往只具备单一的功能，而现代机器人则更倾向于将多种功能集成于一体，实现一机多用。

自从计算机视觉技术发展以来，动态目标检测就一直是研究热点之一。

动态目标检测的核心问题是如何在一段连续的图像中检测出运动的物体，而不受运动背景的影响。

一旦运动物体被检测到，诸如目标分类[1]、行人重识别[2]、车辆重识别[3]等技术就可进行后续应用。

目前，动态目标检测在智能交通、安全监控、医学和机器人视觉导航等领域都已经有了非常广泛的应用。

然而，目前的运动目标检测技术依然存在两个关键问题：首先，用于安全监控领域的运动目标检测几乎都通过固定在支架上的摄像机拍摄视频[4-5]，即使摄像机可以绕固定点运动，单个摄像机可监控的场景也局限于其所在的小区域，使得安全监控的成本相当大。

其次，应用于运动机器人领域的运动目标检测技术多搭载在轮式机器人上[6-7]，如车站的电子巡警等，这就使得类似的机器人必须按照设计好的路线进行移动，一旦遇到崎岖不平的路面或楼梯，就几乎无法运行。

为了解决第一个问题，需要让摄像头动起来，机器人载体是首选。

为了解决第二个问题，机器人必须能够在崎岖的路面平稳运行，足式六足机器人动态目标检测与跟踪系统研究王德鑫，常发亮山东大学控制科学与工程学院，济南250061摘要：动态目标检测与目标跟踪是图像领域的热点研究问题，为研究其在移动机器人领域的应用价值，设计了六足机器人动态目标检测与跟踪系统。

针对非刚体运动目标容易被检测为多个分散区域的问题提出区域合并算法，并通过对称匹配、自适应外点滤除对运动背景进行精确补偿，最终基于背景补偿法实现对运动目标的精确检测。

研究了基于KCF（Kernel Correlation Filter）的目标跟踪算法在六足机器人平台上的应用，设计了自适应跟踪算法实现六足机器人对运动目标的角度跟踪。

将运动目标检测及跟踪算法应用于六足机器人系统。

实验表明，在六足机器人移动过程中，系统可对运动目标进行精确检测与跟踪。

关键词：六足机器人；运动补偿；动态目标检测；目标跟踪；区域合并文献标志码：A中图分类号：TP242.6doi：10.3778/j.issn.1002-8331.2002-0326Research on Dynamic Target Detection and Tracking System of Hexapod RobotWANG Dexin,CHANG FaliangSchool of Control Science and Engineering,Shandong University,Jinan250061,ChinaAbstract：Dynamic target detection and target tracking are hot issues in the field of image.In order to explore its applica-tion value in the field of mobile robot,a dynamic target detection and tracking system is designed based on hexapod robot,and a region merging algorithm is proposed to solve the problem of non-rigid moving object detection dispersion.Firstly, the dynamic target detection method is introduced with region merging and adaptive external point filtering based on motion compensation method.This method achieves the accurate compensation of the moving background through sym-metric matching and adaptive external point filtering,and achieves complete detection of non-rigid objects by region merging.Secondly,the application of target tracking algorithm based on KCF（Kernel Correlation Filter）in hexapod robot platform is studied,and the angle tracking of moving target is realized by adaptive adjustment of tracking speed.Finally, the moving target detection and tracking algorithm proposed in this paper is applied to hexapod robot system.Experi-ments show that the proposed algorithm can realize exact detection and real-time tracking of moving targets during the moving process of hexapod robot.Key words：hexapod robot;motion compensation;dynamic target detection;target tracking;region merging基金项目：山东省重点研发计划“重大科技创新工程”（2019JZZY010130，2018CXGC0907）。

基于多模态切换的六足机器人自适应控制研究基于多模态切换的六足机器人自适应控制研究摘要：本文针对六足机器人在不同地形和环境下的运动控制问题展开研究，提出了一种基于多模态切换的自适应控制策略。

该策略通过对六足机器人的多种运动模态进行切换，以适应不同环境下的运动需求和地形特征，从而实现自适应控制。

具体实现上，我们首先对六足机器人的多种运动模态进行分析和分类，包括慢速爬行、快速奔跑、跳跃等，然后采用神经网络算法对多种运动模态进行建模和训练，以实现自适应选择最优的运动模态。

同时，为了进一步提高六足机器人的运动能力和适应性，我们还针对不同地形和环境下的运动需求进行了仿真模拟和实验验证。

最终实验结果表明，该控制策略具有较好的自适应性和适应性，能够有效提高六足机器人的运动控制能力和环境适应性。

关键词：六足机器人，自适应控制，多模态切换，神经网络，环境适应性，仿真模拟。

1. 引言在现今社会中，机器人技术已经被广泛应用于各种工业生产和科研领域，其中六足机器人作为一种较为先进的机器人形态，其运动能力和适应性已经被广泛研究。

然而，由于不同地形和环境的差异，六足机器人在实际运动过程中仍然存在一些问题，例如运动控制不稳定、运动速度较慢等。

因此，如何实现六足机器人在不同地形和环境下的自适应控制，成为了当前机器人研究的热点和难点之一。

2. 研究方法2.1 多模态切换策略为了解决六足机器人在不同地形和环境下的运动控制问题，本文提出了一种基于多模态切换的自适应控制策略。

该策略通过对六足机器人的多种运动模态进行切换，以适应不同环境下的运动需求和地形特征，从而实现自适应控制。

具体实现上，我们首先对六足机器人的多种运动模态进行分析和分类，包括慢速爬行、快速奔跑、跳跃等。

然后采用神经网络算法对多种运动模态进行建模和训练，以实现自适应选择最优的运动模态。

当六足机器人在运动过程中出现环境变化时，系统会自动切换到最优运动模态，以保证六足机器人的稳定性和运动效率。

六足仿生机器人步态规划与控制系统研究六足仿生机器人是一种模仿昆虫等六足动物行走方式的机械装置，具有较强的适应能力和稳定性。

六足仿生机器人的步态规划与控制系统是机器人能够实现自主行走并保持平衡的重要组成部分。

本文将介绍六足仿生机器人步态规划与控制系统的研究现状，并探讨未来的发展方向。

首先，六足仿生机器人步态规划是指确定机器人每个足底的运动轨迹，使机器人能够平稳地行走。

步态规划的方法主要分为两类：基于关节空间的方法和基于力/力矩空间的方法。

基于关节空间的方法是通过控制机器人关节的运动来实现稳定行走，可以根据实时反馈信息进行调整。

基于力/力矩空间的方法则是基于机器人的外部力和力矩，通过控制腿部的接触力和力矩来实现行走。

其次，六足仿生机器人步态控制主要包括动力学模型和控制算法两个方面。

动力学模型可以描述机器人的运动特性，包括动力学方程和轨迹生成等。

控制算法可以根据机器人的状态和任务需求来生成相应的控制信号，实现机器人的稳定行走。

目前，六足仿生机器人步态规划与控制系统的研究已经取得了一定的进展。

一些研究者提出了各种步态规划方法，如遗传算法、强化学习等，可以根据机器人的任务需求和环境条件来生成合适的步态。

同时，一些控制算法也被应用到六足仿生机器人中，如模糊控制、自适应控制等，可以在不确定环境下实现机器人的稳定行走。

未来，六足仿生机器人步态规划与控制系统的研究还有许多挑战和发展方向。

首先，如何实现更高效的步态规划算法是一个重要问题。

目前的步态规划算法大多需要离线训练或者较长的计算时间，如何通过在线学习或者优化算法来加速步态规划是一个需要解决的问题。

其次，如何实现更加自适应的步态控制算法也是一个重要方向。

当前的步态控制算法大多需要提前建模或者较多的人工设置，如何通过机器学习或者深度强化学习等方法来实现自适应控制是一个需要研究的问题。

此外，如何实现多足协调运动和多路复用控制也是一个重要方向。

六足仿生机器人需要协调多个足底的运动来实现平稳行走，如何实现足底之间的协调和控制是一个需要解决的问题。

轮式和足式机器人运动控制技术研究近年来，机器人科技尤其是机器人运动控制技术取得了长足的进展，轮式和足式机器人作为机器人技术的代表，也在运动控制技术方面有了不同的发展。

本文将从机器人运动控制技术的角度阐述轮式和足式机器人的特点和优势，并探讨其运动控制技术的研究现状和未来发展方向。

一、轮式机器人轮式机器人是指通过麻雀虽小，五脏俱全的轮子来完成运动控制的机器人，应用广泛，常见的有家庭及商业清扫用途的扫地机器人、工业车辆、智能巡逻机器人等等。

轮式机器人在运动控制技术方面有很多独特的性能和优势。

1、简单直观的图形控制由于轮式机器人的控制方式直观简单，通过编程就可以实现轮子的运动控制及机器人行进方向的改变，因此机器人的图形控制性能较强。

2、平稳且高效由于轮子麻雀虽小，但是运动效率很高，可以实现机器人的高速行驶和稳定性，尤其是在均匀硬质路面等平整地带的时候，机器人的运动轨迹可以较为稳定，速度也不会受到过大的限制。

3、容易维护轮式机器人的构造简单，不需要太多复杂的装置，维护起来也比较容易，只需要在轮子和电子装置的维护上下功夫即可。

二、足式机器人足式机器人是指机器人以铰链、摇臂等方式模拟人的运动，通过使用足部等结构来完成移动的机器人，常见于各种救援、勘探、破冰等领域。

与轮式机器人相比，足式机器人的运动控制技术更为复杂。

1、整体感知性能更强足式机器人以它的人体模仿动作和结构，能够获得足够的外部信号，对环境的感知能力较强，能够在复杂的环境下快速适应，完成任务。

2、稳定性好由于足式机器人的结构比较稳定，重心更低，因此在运动的过程中不容易出现紊乱，能提供更爆发的力量，同时稳定性也比较好。

3、使用面更广足式机器人常用于森林、山区、冰雪等地形，能够快速行进，同时不必受到路面不能允许视线的限制，具有更好的应用前景和使用价值。

三、机器人运动控制技术的研究现状在机器人运动控制技术方面，现有的控制方法主要分为两类：机械和电子控制。

机械控制方法主要是采用伺服电机、步进电机、液压驱动等机械部件将机器人进行控制，其控制效果高，在细节方面表现出色；而电子控制方法适用于一些离散控制问题，如绝对定位、自适应控制等。