四足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)步態(tài)及CPG調(diào)節(jié)研究.pdf

1、四足機(jī)器人具有較高動(dòng)態(tài)性能和較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力，一直是機(jī)器人研究領(lǐng)域的重要組成部分。四足機(jī)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(jī)器人的步態(tài)調(diào)節(jié)中，先后建立了虛擬樣機(jī)和實(shí)物樣機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。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(yùn)動(dòng)關(guān)系，進(jìn)行簡化設(shè)計(jì)，確定四足機(jī)器人的尺寸，采用內(nèi)膝肘式配置方式，每條腿

2、有兩個(gè)主動(dòng)自由度（髖、膝關(guān)節(jié)）和一個(gè)被動(dòng)自由度（踝關(guān)節(jié)）。對四足機(jī)器人簡化模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，并作出合理的足端軌跡規(guī)劃。
　　然后，針對四足機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和所要實(shí)現(xiàn)的步態(tài)特征，設(shè)計(jì)出可以實(shí)現(xiàn)四足機(jī)器人節(jié)律運(yùn)動(dòng)的CPG網(wǎng)絡(luò)模型。通過設(shè)計(jì)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(gè)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(hào)通過映射函數(shù)變換作為機(jī)器人虛擬樣機(jī)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角的控制信號(hào)。四個(gè)振蕩器之間耦合關(guān)系可以用一個(gè)旋轉(zhuǎn)矩陣來

3、表達(dá)，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(shí)現(xiàn)四足機(jī)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(jī)器人虛擬樣機(jī)，在Matlab/Simulink中搭建CPG網(wǎng)絡(luò)模型。通過兩個(gè)軟件的交換進(jìn)行聯(lián)合仿真實(shí)驗(yàn)。設(shè)計(jì)搭建了以氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的四足機(jī)器人實(shí)物樣機(jī)，并對控制系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試。在虛擬樣機(jī)和實(shí)物樣機(jī)環(huán)境中，通過調(diào)節(jié)CPG模型參數(shù)，進(jìn)行步態(tài)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，四足機(jī)器人可以穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)，驗(yàn)