基于CPG的六足步行机器人运动控制系统研究.pdf

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1、基于CPG的六足步行机器人运动控制系统研究王绍治，郭伟，于海涛，李满天(哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室，黑龙江哈尔滨150080)StudyonMotionControlSystemofaSix——leggedWalkingRobotBasedonCPGWANGShao—zhi，GUoWei，YUHai—tao，LIMall—tian(StateKeyLaboratoryofRoboticsandSystem，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150080，Chin

2、a)摘要：根据CPG双层网络的特点，采用分层分可适应各种非结构地面和恶劣环境，可实现多种步布式系统架构研究制了一种机器人运动控制系统。态、越障灵活和运动自如等优点，并可取代轮式车完其基于FPGA的星型总线，在保证通信速率的同时成在一些非结构性环境中的运输作业，因此，多足步提高了系统抗干扰能力。在单足控制器中嵌入双行机器人在非结构环境中的应用前景十分广泛n]。N10S完成CPG网络解算和电机运动控制。FPGA同时对于多足步行机器人相关理论和技术的研究也的灵活使用和外部3一H桥驱动的搭建，可以使单具有重要的科学意义和

3、应用价值[2]。足控制器同时控制3个无刷电机并获得最小的体多足步行机器人是一个与环境交互的多变量、积。强耦合和非线性的变结构动力学系统，要求控制系关键词：六足步行机器人；运动控制系统；FP-统能够融合各传感器信息，以控制运动机构产生协GA；CPG网络调的运动。因此，对于其运动控制提出了较高的要中图分类号：TP242求，而传统的控制方法又有诸多的缺陷。仿生控制文献标识码：A是对生物自身控制机制的工程模拟实现，与传统控文章编号：1001—2257(2010)08—0065—04制方法相比，具有更好的柔性，适应性和响应

4、速度。Abstract：Akindofrobotmotioncontrolsys—其中，基于中枢模式发生器(CPG)的运动控制具有temwasdesigned．Accordingtothecharacteristics能够自发产生稳定信号、易被高层命令调节]、运动oftheCPGdoublenetwork，alayereddistributedsystemframeworkwasused．Thestarbusbasedon模式多样[4]、耦合性强、自适应性强。和结构简单等FPGAcanensuretherateo

5、fcommunicationand优点，十分适合应用于足式机器人的仿生运动控制。improvetheanti——interferencecapabilityofthe目前多足步行机器人控制系统多数采用分层递system．TwoNIOScoresembeddedinthesingle阶的组成结构形式，如哈尔滨工程大学的仿生蟹[6]，leggedcontrollercancompletenetworksolutions华中科技大学的多足模块化机器人[7等。该结构形andmotorcontro1．Theflexible

6、useofFPGAand式将控制系统分成3级：组织级、协调级和执行级。external3一Hbridgemakethesingle1egcontroller对于多足步行机器人来说，协调级还可以继续分层couldcontrolthreebrushlessmotorssimultaneous—(多足协调层和单足各关节协调层)。几乎所有的基lywhileobtainminimumvolume．于CPG的仿生控制都把CPG应用到多足协调级，Keywords：six—leggedwalkingrobot；motion用以产

7、生多足步行机器人所需的步态，而单足各关controlsystem；FPGA；CPGnetwork节协调依然使用传统的逆运动学规划。这种方式局限了CPG的使用范围，使得仿生控制的效果大打折0引言扣。本实验室创新性地将CPG同时应用到多足协调层和单足各关节协调层，将仿生控制的理念更加多足步行机器人具有可利用非连续地面支撑，完善。本文将针对这种双层CPG控制网络设计一收稿日期：2010—05—17基金项目：国家“八六三”计划资助项目(2OO8AA04Z2l1)种分层分布式控制系统。《机械与电子~2010(8)·65·e

8、(1-xZ)y-x(3)1基于CPG的仿生控制算法一——da：V可以得到上层6个神经元相互作用后的网络状基于CPG的仿生控制算法分为多足协调层和单足各关节协调层。多足协调控制CPG如图1所态方程是：示。其中字母“L”和“R”分别表示左右2组腿。数字“1”、“2”、“3”分别表示每组的前、中、后腿。各CPG之间构成了·个6阶的环形网络。(4)．同理可以得3个神经元相互作用后