四足機器人運動步態(tài)及CPG調(diào)節(jié)研究.pdf

1、四足機器人具有較高動態(tài)性能和較強的環(huán)境適應(yīng)能力，一直是機器人研究領(lǐng)域的重要組成部分。四足機器人相關(guān)的基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)還亟需深入研究。本文圍繞將中樞模式發(fā)生器（CPG）理論用于四足機器人的步態(tài)調(diào)節(jié)中，先后建立了虛擬樣機和實物樣機進行實驗。本文完成的主要工作如下：
　　首先，分析了自然界中常見的四足生物腿部的結(jié)構(gòu)特征，選定以獵狗為仿生對象，根據(jù)其體態(tài)特征和肢體運動關(guān)系，進行簡化設(shè)計，確定四足機器人的尺寸，采用內(nèi)膝肘式配置方式，每條腿

2、有兩個主動自由度（髖、膝關(guān)節(jié)）和一個被動自由度（踝關(guān)節(jié)）。對四足機器人簡化模型進行運動學(xué)分析，并作出合理的足端軌跡規(guī)劃。
　　然后，針對四足機器人的結(jié)構(gòu)特點和所要實現(xiàn)的步態(tài)特征，設(shè)計出可以實現(xiàn)四足機器人節(jié)律運動的CPG網(wǎng)絡(luò)模型。通過設(shè)計髖、膝關(guān)節(jié)的映射函數(shù)，CPG網(wǎng)絡(luò)模型簡化為由四個振蕩器模型耦合而成的全對稱網(wǎng)絡(luò)模型。CPG網(wǎng)絡(luò)輸出信號通過映射函數(shù)變換作為機器人虛擬樣機關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角的控制信號。四個振蕩器之間耦合關(guān)系可以用一個旋轉(zhuǎn)矩陣來

3、表達，通過調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)矩陣和CPG網(wǎng)絡(luò)中的參數(shù)，可以實現(xiàn)四足機器人walk步態(tài)、trot步態(tài)以及兩步態(tài)間的平滑步態(tài)轉(zhuǎn)換。
　　最后，在ADAMS軟件中搭建了相應(yīng)的四足機器人虛擬樣機，在Matlab/Simulink中搭建CPG網(wǎng)絡(luò)模型。通過兩個軟件的交換進行聯(lián)合仿真實驗。設(shè)計搭建了以氣動肌肉驅(qū)動的四足機器人實物樣機，并對控制系統(tǒng)進行了調(diào)試。在虛擬樣機和實物樣機環(huán)境中，通過調(diào)節(jié)CPG模型參數(shù)，進行步態(tài)驗證實驗，四足機器人可以穩(wěn)定運動，驗