03 / 本科毕业设计

Webots 四足机器人步态仿真

一个以四足机器人模型、运动学、足端轨迹和步态时序为核心的本科控制项目,在 Webots 中形成可复现的仿真验证流程。

01 完成范围

完成范围

我参考实体样机建立了 Webots 四足机器人虚拟模型,推导正逆运动学,并在仿真中验证规划步态。硬件工作包括配电板焊接调试和电机调试;实体机器人与完整主控集成尚未完成。

02 控制链路

控制链路

  1. 01模型尺寸
  2. 02足端轨迹
  3. 03步态相位
  4. 04逆运动学
  5. 05关节角度
  6. 06限位检查
  7. 07Webots 仿真

03 足端轨迹选择

足端轨迹选择

使用 MATLAB 绘图并结合 Webots 运行结果比较复合摆线与八次多项式足端轨迹。论文记录显示,复合摆线在仿真中表现出更稳定的运动行为;这是定性仿真结论,不是性能基准测试。

04 步态实现

步态实现

Walk 行走

静态行走周期中保持三条腿支撑,另一条腿处于摆动相。

Trot 小跑

通过对角腿组交替进入摆动相和支撑相,实现前进与后退。

横移

保持相近的相位结构,将足端位移改为横向方向。

原地旋转

围绕机身中心变换足端目标位置,实现原地转向。

Jump 跳跃

四条腿使用共享抬腿轨迹协同进入跳跃动作。

05 仿真证据

仿真证据

Webots 模型树与虚拟模型
Webots 模型树与虚拟模型虚拟模型依据论文记录的样机参考尺寸和腿部布局建立。
足端轨迹比较
足端轨迹比较由 MATLAB 结果整理的图示,对比设计阶段使用的复合摆线与八次多项式轨迹。
横移仿真
横移仿真左向横移步态的一帧 Webots 仿真画面。
同步跳跃仿真
同步跳跃仿真协同跳跃步态的一帧 Webots 仿真画面。

06 动作演示

动作演示

小跑前进对角腿组交替运动的小跑前进仿真。
原地旋转通过变换足端目标位置实现的原地旋转仿真。

07 可复现实验设置

可复现实验设置

Trot 周期

步态周期 0.4 秒

Walk 周期

步态周期 0.8 秒

Jump 周期

步态周期 0.25 秒

Jump 设置

抬腿高度 10 cm,步长 11 cm

08 限制与后续方向

限制与后续方向

09 工具与职责

工具与职责

Webots · C · MATLAB · 正逆运动学 · 复合摆线 · 步态规划

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