一类六足机器人步态规划与基于CPG的运动控制方法研究.pdf

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1、硕士学位论文一类六足机器人步态规划与基于CPG的运动控制方法研究GAITPLANNINGANDRESEARCHOFCPG-BASEDLOCOMOTIONCONTROLMETHODOFACLASSOFHEXAPODROBOT邓云哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TP273学校代码：10213国际图书分类号：681.5密级：公开工程硕士学位论文一类六足机器人步态规划与基于CPG的运动控制方法研究硕士研究生：邓云导师：张立宪教授申请学位：工程硕士学科：控制工程所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedInd

2、ex:TP273U.D.C:681.5DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringGAITPLANNINGANDRESEARCHOFCPG-BASEDLOCOMOTIONCONTROLMETHODOFACLASSOFHEXAPODROBOTCandidate：DENGYunSupervisor：Prof.ZhangLixianAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ControlScienceandEngineeringAffiliation：Sc

3、hoolofAstronauticsDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着人类对自然界甚至外太空的探索研究范围的逐渐扩展，越来越多的机器人被应用到一些条件极端、恶劣、复杂的甚至十分危险的特殊场合，如太空探索、深海探索、排雷、核反应堆等。这些环境的共同特点是地形复杂甚至难以预测，对于能够适应环境变化，自主规划路径的高机动性、高可靠性移动机器人的需求与日俱增。足式机器人具有比轮式、履带式机器人更加卓越的应

4、对复杂地形的能力，因而被各行各业给予密切的关注。多足昆虫凭借其独到的步态控制和肢体构造，能够在各种复杂地形中灵活地穿越行走，因此仿生控制方法成为研究机器人运动控制的热点。其中中枢模式发生器控制方法(CPG)能更简单有效的使机器人复现生物节律运动。本文将对六足仿生机器人进行运动控制研究，以CPG控制方法为基础设计机器人平稳行走的多足协调控制策略。首先，针对六足机器人的步态规划、运动学分析开展了较为系统的研究工作。介绍机器人步态的相关定义，规划机器人三种前进步态和原地转弯步态，进一步详细分析了机器人在各不同步态下的静态稳定性。应用D-H法针对六足机器人腿部建立坐

5、标系，在此基础上求解六足机器人的步行腿运动学正逆解。其次，在步态及稳定性的理论分析的基础上，引入CPG控制方法对六足机器人的步态运动进行控制。中枢模式发生器采用单一非线性振荡器为核心，此基本单元选取Wilson-Cowan神经振荡器，分析模型参数与输出量之间的关系并确定参数取值。其次，规划机器人的足端轨迹为抛物线型，并获得单腿三关节的运动曲线。以Wilson-Cowan神经振荡器为核心，以环状的CPG拓扑结构为耦合方式，形成CPG控制网络，进而控制六足机器人髋关节以固定的相位差运动，在此基础上结合关节映射函数控制膝关节和踝关节的运动，最终实现六足机器人的多足

6、的协调运动。最后，通过六轮足复合机器人实验平台，进行三种前进和原地转弯的行走实验，验证基于CPG控制模型的运动控制策略的有效性和可行性。关键词：中枢模式发生器；运动控制策略；六足机器人-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththegradualexpansionofhumanexplorationofnatureandevenouterspace,moreandmorerobotshavebeenappliedtospecialconditionswhereconditionsareextreme,harsh,complex,andeve

7、ndangerous,suchasspaceexploration,deepseaexploration,mineclearance,andnuclearreactors.Wait.Thecommonfeatureoftheseenvironmentsisthattheterrainiscomplexorevenunpredictable,andthedemandforhighlymobileandhighlyreliablemobilerobotsthatcanadapttoenvironmentalchangesandautonomouslyplanpa

8、thsisincreasing.Foot-typer