基于CPG的六足仿生機(jī)器人步態(tài)規(guī)劃研究.pdf

1、六足機(jī)器人穩(wěn)定性高、步態(tài)形式多樣、負(fù)載能力強(qiáng)，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(hào)，通過構(gòu)建拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)CPG單元之間的耦合，適合用于六足機(jī)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(jì)“HexAnt”六足仿生機(jī)器人，從機(jī)構(gòu)學(xué)上分析機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)自由度。建立六足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，并通過MATLAB進(jìn)行仿真驗(yàn)證。根據(jù)各關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍，用MATLAB仿真出足端

2、工作空間，對(duì)兩條腿的足端工作空間進(jìn)行分析計(jì)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(jī)器人穩(wěn)定裕度計(jì)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(jī)器人各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角的變化曲線，并根據(jù)運(yùn)動(dòng)過程中足端軌跡，計(jì)算出每種步態(tài)的穩(wěn)定裕度。對(duì)同一種步態(tài)的不同方案的穩(wěn)定裕度進(jìn)行對(duì)比分析，確定步態(tài)的最優(yōu)方案。
　　其次，對(duì)CPG的生物學(xué)控制機(jī)理進(jìn)行分析

3、，將其映射到機(jī)器人的步態(tài)規(guī)劃中。確定CPG步態(tài)生成的方法步驟。對(duì)不同種類的振蕩器特性進(jìn)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(hào)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(duì)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(hào)，比較不同步態(tài)下兩種連接方式的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)步態(tài)