六足機(jī)器人仿生運動步態(tài)規(guī)劃與控制系統(tǒng)研究.pdf

1、六足機(jī)器人具有運動效率高、運動靈活、地形適應(yīng)能力強(qiáng)的特點，被廣泛應(yīng)用于對自主性、靈活性、可靠性要求高的非結(jié)構(gòu)化環(huán)境作業(yè)（如災(zāi)后搜救、星球探索等）中，是目前仿生機(jī)器人研究領(lǐng)域中的熱點內(nèi)容之一。本文主要開展了六足機(jī)器人仿生運動步態(tài)規(guī)劃及其運動控制系統(tǒng)兩方面研究，通過模仿自然界中六足綱昆蟲的典型運動步態(tài)和運動控制機(jī)制，實現(xiàn)對六足機(jī)器人的設(shè)計和控制。
　　步態(tài)規(guī)劃是實現(xiàn)六足機(jī)器人高效、穩(wěn)定運動的基礎(chǔ)。首先通過分析六足綱昆蟲的典型運動步態(tài)，

2、采用步態(tài)相位圖實現(xiàn)對六足機(jī)器人的三足步態(tài)、四足步態(tài)、波動步態(tài)以及原地轉(zhuǎn)彎等步態(tài)進(jìn)行規(guī)劃，并分析了各步態(tài)的運動規(guī)律和適用性。然后基于靜態(tài)穩(wěn)定判據(jù)，計算六足機(jī)器人各典型步態(tài)的穩(wěn)定裕量，對各典型步態(tài)的靜態(tài)穩(wěn)定性進(jìn)行綜合分析和比較。
　　為實現(xiàn)六足機(jī)器人的運動控制，本文基于中樞模式發(fā)生器(Central Pattern Generation,CPG)設(shè)計了六足機(jī)器人運動控制系統(tǒng)。首先基于Kuramoto非線性振蕩器構(gòu)建了六足機(jī)器人CPG網(wǎng)

3、絡(luò)，采用單參數(shù)分析法分析了CPG參數(shù)（包括耦合方式、頻率參數(shù)、耦合強(qiáng)度參數(shù)、相位差參數(shù)）對CPG網(wǎng)絡(luò)輸出信號的周期、收斂速度以及相位關(guān)系的影響。然后建立了CPG網(wǎng)絡(luò)輸出信號與六足機(jī)器人關(guān)節(jié)控制信號的信號映射機(jī)制，規(guī)劃了六足機(jī)器人各種典型步態(tài)的CPG網(wǎng)絡(luò)頻率參數(shù)、耦合強(qiáng)度參數(shù)以及相位差矩陣，實現(xiàn)對六足機(jī)器人典型步態(tài)的運動控制。最后提出了六足機(jī)器人步態(tài)轉(zhuǎn)換的調(diào)節(jié)機(jī)制。
　　本文基于Solindwork、ADAMS及Matlab搭建了六