Bigdog机器狗运动规律建模与3D仿真(2)
3.5.3静态稳定性分析——三角形面积算法.34
3．6本章小结35
4不平坦地面的静态稳定性的判断方法分析.36
4．1不平坦地面的静态稳定性的综合分析36
4.1.1研究和分析不平坦地面静态稳定性的重要性.36
4.1.2改进的思路.36
4．2具体模型及推导分析过程36
4.2.1模型相关参数与固定条件.36
4.2.2四足机器人重心与落足点三文坐标分析.38
4.2.3四足机器人对角小跑静态稳定区域的确定.39
4.2.4四足机器人对角小跑静态稳定判断.40
4.2.5机器人重心修正计算方案.41
4．3不平坦地面对角小跑静态平衡算法43
4．4不平坦地面对角小跑静态平衡算法程序演示44
4．5本章小结47
5四腿机器狗爬坡的最大坡度角48
5．1本章研究的意义48
5．2四足步行机器人对角小跑爬坡分析48
5．3爬坡的最大坡度角的数学几何模型.48
5．4考虑行走步长后爬坡的最大坡度角.50
5．5考虑行走步长后爬坡的最大坡度角的数值计算程序.51
5．6本章小结53
6D3DBIGDOG仿真设计54
6．1D3D理论基础与技术支持.54
6.1.13D设计软件——3DStudioMax54
6.1.2中转文件格式——.X.54
6.1.3DirectX55
6．2BIGDOG3D模型建立56
6.2.1模型.56
6.2.2骨骼.57
6.2.3纹理与渲染.58
6．3BIGDOG3D动画设计60
6．4BIGDOG3D动画成果图示69
7总结与展望.72
7．1主要工作总结72
7．2展望未来73
结论75
致谢.77
参考文献78
1引言
真正的现代机器人是从二战后发展起来的，一般认为始于40年代美国橡树岭国
家实验室的搬运核原料的遥控机械操作手的研究。1979年，美国机器人协会把机器人
定义为：“可重复编程的多功能操纵器，设计成通过不同的编程，动作为执行多种任
务的设备”。它是具有感知、判断和行动功能的机器，是机械学、自动控制、计算机、
人工智能、光电技术、传感技术、通讯技术、仿真技术等多种学科和技术的综合成果。
在中国，智能机器人的研究与开发在80年代被列入国家计划，至今，中国的工业机
器人产业还处在萌芽阶段。
本论文研究的四腿机器隶属于现在研究领域中说的多足步行机器人。多足步行机
器人是一种具有冗余驱动、多支链、时变拓扑运动机构的特种机器人，其运动规划与
控制模仿多足动物的运动形式，是一种足式移动机构。所谓“多足”是指机器人拥有
四条腿或四条以上的腿(一般成对数存在，但是也有特殊的)，可以使用行走、对角小
跑、同侧小跑等多种步态。该类机器人能够在复杂的非结构环境中稳定行走，可以代
替人类去完成许多危险作业。长期以来，多足步行机器人技术一直是国内外机器人领
域研究的热点之一，虽然国内外许多学者研究开发了多种机器人实验模型或原理样机
（例如本文讨论对象四足运输机器人BigDog），但是，目前国内外对多足步行机器人
研究的技术水平和研究现状，还难以支撑多足步行机器人在大规模领域内的广泛应
用。因此，多足步行机器人的发展还处在不成熟的阶段。
1．1课题来源及研究目的
1.1.1课题来源
本课题的名称为“Bigdog机器狗运动规律建模与3d仿真”，这项课题顺承了我于
本科期间参加的科研训练——“BigDog四腿机器狗步态运动仿真和3D动画设计”。
在平坦地面BigDog四腿机器狗对角小跑基础仿真3D动画设计上，继续完成四腿机
器狗在不平坦地面静态平衡与对角小跑平衡算法的设计，以及讨论四腿机器狗在对角