48、《机器人的抗摔设计与盲导机器人研究》

《机器人的抗摔设计与盲导机器人研究》

1. 抗摔机器人的研究

当今，机器人在各种场景得到广泛应用，其抗摔性能至关重要。这里介绍一款基于仿生原理、具备高刚度和轻重量特点，且遵循多点保护原则设计的可爬行抗摔机器人。

1.1 关键参数与角度计算

在研究机器人抗摔时，涉及一些关键参数。设 (y) 代表机器人的质心，(t_1) 表示力的作用时长，(\dot{y}(0)) 表示力作用于机器人的速度。相关公式如下：
- (I\ddot{\theta} = mgy)
- (\sin\theta = \frac{y}{L})
- (Ft_1 = m\dot{y}(0))

当把机器人质心的初始位置设为原点，即 ((x(0), y(0) = (0, 0))) ，联立上述方程可得到：
(\theta_{ref} = \arcsin\sqrt{1 - \frac{mgL^{-2}}{3I}})

(\theta_{ref}) 是机器人有摔倒风险时的临界角度值。由于采用简化模型，与实际情况存在偏差，所以需设定偏差角 (\varepsilon) ，即 (\theta_{real} \geq \theta_{ref} + \varepsilon) ，其中 (\theta_{real}) 是通过安装在头部的惯性测量单元（IMU）获取的角度。

当机器人摔倒时，默认脚板位于原点，将质心方程代入公式 (q_i = f^{-1}(P_{com}, P_{ankle})) （(i = 1, 2, 3, 4, 5, 6) ，(f^{-1}) 为机器人的逆运动学）可计算各关节角度的轨迹。鉴于机器人手臂关节抗冲击能力较弱，参考相