基于CPG網(wǎng)絡(luò)的六足機(jī)器人行走步態(tài)規(guī)劃方法研究.pdf

1、足式機(jī)器人具有移動(dòng)靈活、機(jī)動(dòng)性良好和能耗較低的特點(diǎn),可以適應(yīng)崎嶇的地面結(jié)構(gòu),其研究方向又分為四足、六足和八足,其中六足機(jī)器人在穩(wěn)定性上比四足機(jī)器人高,而在控制方式上又比八足機(jī)器人簡(jiǎn)單,因此本文將以六足機(jī)器人為對(duì)象,對(duì)其控制步態(tài)行走和避障步態(tài)進(jìn)行研究。
　　文中首先分析六足機(jī)器人三角步態(tài)、四足步態(tài)和波動(dòng)步態(tài)各自的特點(diǎn)和穩(wěn)定性,以及三種步態(tài)中機(jī)器人重心與相應(yīng)支撐多邊形的關(guān)系,并對(duì)腿部進(jìn)行正運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算,分別采用六次多項(xiàng)式和五次多項(xiàng)式約束

2、條件分別規(guī)劃足端擺動(dòng)軌跡和支撐軌跡。
　　為了實(shí)現(xiàn)機(jī)器人行走中腿部的控制,采用 Matsuoka的數(shù)學(xué)模型建立CPGs(Central Pattern Generators)節(jié)律運(yùn)動(dòng)的振蕩器,該振蕩器屬于非線性耦合四階系統(tǒng),具有強(qiáng)耦合、高維數(shù)和多變量的特點(diǎn),通過(guò)傅里葉級(jí)數(shù)推導(dǎo)波形輸出與模型參數(shù)之間的近似關(guān)系,采用觀察法和相平面法進(jìn)行參數(shù)分析和調(diào)整。通過(guò)輸出信號(hào)與機(jī)器人腿部關(guān)節(jié)舵機(jī)運(yùn)動(dòng)范圍建立映射關(guān)系,并采用離線的方式驗(yàn)證該模型輸出

3、的可行性,最后建立整體CPGs振蕩器的關(guān)節(jié)拓?fù)淇刂平Y(jié)構(gòu)。為預(yù)估六足機(jī)器人按所規(guī)劃軌跡運(yùn)動(dòng)過(guò)程中關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)力矩,采用 ADAMS軟件建立其動(dòng)力學(xué)模型,將所規(guī)劃的數(shù)據(jù)導(dǎo)入后,開(kāi)展了動(dòng)力學(xué)仿真研究。
　　跨越障礙是六足機(jī)器人應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題之一,因此論文還研究了避障和踏空兩種步態(tài),通過(guò)腿部的二次規(guī)劃,即足端遇到障礙物或沒(méi)有支撐點(diǎn)時(shí)在原來(lái)規(guī)劃曲線發(fā)生斷點(diǎn)的位置前向擴(kuò)大運(yùn)動(dòng)幅度再一次規(guī)劃運(yùn)行軌跡的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。
　　最后,利用實(shí)際六足機(jī)器