基于CPG仿蟹機(jī)器人控制方法研究.pdf

1、足式仿生機(jī)器人行走過程中具有離散的落足點(diǎn)，使其對復(fù)雜非結(jié)構(gòu)環(huán)境的適應(yīng)能力更強(qiáng)，穩(wěn)定性更好，受到各國研究者的普遍重視，成為現(xiàn)今機(jī)器人研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展，人類對機(jī)器人的運(yùn)動性能提出了更高的要求。在滿足穩(wěn)定行走的基礎(chǔ)上，機(jī)器人的仿生控制方法以及復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性等研究方向越來越受到人們的廣泛關(guān)注。針對多足機(jī)器人在復(fù)雜地形行走時遇到的運(yùn)動控制復(fù)雜、機(jī)體穩(wěn)定性差，足端沖擊力強(qiáng)等問題，重點(diǎn)研究仿蟹機(jī)器人基于CPG的運(yùn)動控制方法和復(fù)

2、雜地形下自適應(yīng)控制策略等內(nèi)容，通過搭建樣機(jī)平臺，開展機(jī)器人行走實(shí)驗(yàn)研究，驗(yàn)證所提出理論的正確性和可行性。
　　結(jié)合課題研究目的，通過對螃蟹的生理結(jié)構(gòu)和運(yùn)動機(jī)理進(jìn)行仿生學(xué)研究，設(shè)計了六足仿蟹機(jī)器人的整體方案，包括機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)。在對螃蟹肢體結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化的基礎(chǔ)上，基于模塊化的思想設(shè)計三自由度舵機(jī)驅(qū)動步行足，利用D-H法建立了步行足的運(yùn)動學(xué)模型，并對步行足的足端工作空間進(jìn)行了簡要的分析。針對仿蟹機(jī)器人的控制需求，構(gòu)建了基于PC104

3、的分層式控制系統(tǒng)，并對控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成進(jìn)行簡單介紹。
　　對多足機(jī)器人的運(yùn)動控制方法進(jìn)行了分析，針對六足仿蟹機(jī)器人重點(diǎn)研究基于CPG的運(yùn)動控制理論。模擬生物神經(jīng)元，建立CPG振蕩器數(shù)學(xué)模型，并對振蕩器極限環(huán)和模型參數(shù)進(jìn)行分析。通過引入旋轉(zhuǎn)矩陣實(shí)現(xiàn)神經(jīng)振蕩器的耦合和相對相位的預(yù)測，并對互耦振蕩器的輸出形式進(jìn)行分析。依據(jù)仿蟹機(jī)器人運(yùn)動控制的要求，引入高層調(diào)節(jié)機(jī)制，構(gòu)建了機(jī)器人CPG網(wǎng)絡(luò)模型，分析了網(wǎng)絡(luò)模型參數(shù)對輸出形式的影響。

4、>　　對仿蟹機(jī)器人基于CPG的波形步態(tài)生成和復(fù)雜環(huán)境下的自適應(yīng)控制策略進(jìn)行研究。采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建CPG節(jié)律信號與關(guān)節(jié)驅(qū)動角度之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)步行足足端軌跡的規(guī)劃。通過調(diào)整占地系數(shù)，實(shí)現(xiàn)基于CPG的波形步態(tài)生成與轉(zhuǎn)換。在控制系統(tǒng)中引入反射機(jī)制，對復(fù)雜地形下基于軌跡庫思想的機(jī)器人自適應(yīng)控制進(jìn)行分析。
　　最后對于仿蟹機(jī)器人環(huán)境適應(yīng)性步態(tài)生成理論進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。其中包括基于CPG的機(jī)器人波形步態(tài)生成與轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)和復(fù)雜環(huán)境下機(jī)器人的自適應(yīng)行