基于CPG的六足仿生機器人步態(tài)規(guī)劃研究.pdf

1、六足機器人穩(wěn)定性高、步態(tài)形式多樣、負載能力強，具有廣闊的應(yīng)用前景。中樞模式發(fā)生器（CPG）耦合振蕩器模型能自發(fā)的生成穩(wěn)定的周期振蕩信號，通過構(gòu)建拓撲網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)多個CPG單元之間的耦合，適合用于六足機器人的步態(tài)規(guī)劃。
　　首先，以非洲紅火蟻的身體結(jié)構(gòu)為參照，設(shè)計“HexAnt”六足仿生機器人，從機構(gòu)學(xué)上分析機器人的運動自由度。建立六足機器人運動學(xué)模型，并通過MATLAB進行仿真驗證。根據(jù)各關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動角度范圍，用MATLAB仿真出足端

2、工作空間，對兩條腿的足端工作空間進行分析計算，確定足行程取值范圍與足端工作空間的關(guān)系。
　　然后，給出了步態(tài)規(guī)劃的基本概念，并確定機器人穩(wěn)定裕度計算公式；根據(jù)支撐足數(shù)量和行走方向，規(guī)劃出九種不同的步態(tài)；設(shè)定足端軌跡曲線，得到各種步態(tài)下六足機器人各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角的變化曲線，并根據(jù)運動過程中足端軌跡，計算出每種步態(tài)的穩(wěn)定裕度。對同一種步態(tài)的不同方案的穩(wěn)定裕度進行對比分析，確定步態(tài)的最優(yōu)方案。
　　其次，對CPG的生物學(xué)控制機理進行分析

3、，將其映射到機器人的步態(tài)規(guī)劃中。確定CPG步態(tài)生成的方法步驟。對不同種類的振蕩器特性進行比較，選用Hopf振蕩器建立CPG模型，研究Hopf振蕩器的參數(shù)與極限環(huán)收斂速度、輸出信號的幅值、頻率、占空比之間的關(guān)系。建立分層式CPG網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，上層網(wǎng)絡(luò)控制腿間協(xié)調(diào)，下層網(wǎng)絡(luò)控制腿內(nèi)關(guān)節(jié)間協(xié)調(diào)。上層網(wǎng)絡(luò)有兩種連接方式：全對稱網(wǎng)絡(luò)連接和環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)連接，在不同的連接方式下，得到不同步態(tài)下CPG網(wǎng)絡(luò)的輸出信號，比較不同步態(tài)下兩種連接方式的優(yōu)缺點，根據(jù)步態(tài)