基于cpg的六足机器人运动控制研究

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1、分类号:学校代码:10128UDC:学号:20131100018硕士学位论文学生类别：全日制学术型硕士研究生学科名称：机械设计及理论论文题目：基于CPG的六足机器人运动控制研究英文题目：ResearchonHexapodRobotMotionControlBasedonCPG学生姓名：黄再辉导师姓名：张文志副教授二○一六年四月内蒙古工业大学硕士学位论文摘要近年来，仿生控制已经在机器人控制领域引起了广泛的关注。生物学的研究表明，动物的节律运动，如走、跑、游、飞等基本的运动形式是由位于脊髓或胸腹神经节中的中枢模式发生器（C

2、entralPatternGenerator,CPG）控制产生的。目前，有关CPG控制的研究成果还存在很多缺陷，因此，基于CPG的运动控制研究具有广阔的发展空间和重要意义。本文在对机器人运动学研究和CPG步态控制算法进行有效分析的基础上，制定了六足机器人的多足协调控制策略，并从理论到实验做了较为详细的论述。分析了国内外足式机器人及其控制方法的研究现状，决定采用中枢模式发生器对六足机器人进行运动控制。介绍了六足机器人的步态参数与典型步态，总体分析了六足机器人的结构，并对六足机器人的单腿进行了运动学研究，以及规划了足端的运

3、动轨迹。利用运动学逆解得到各关节转角，为机器人的关节控制方案提供了关节运动规律。介绍了机器人CPG控制的基础知识，采用了Matsuoka振荡器作为单个CPG控制模型，设计基于非线性振荡器模型的单个神经元，并对CPG模型的参数特性进行了研究分析，获得机器人CPG模型整定后的参数。针对六足机器人设计了基于CPG的步态控制模型，构建了六足机器人的环形CPG网络，采用CPG仿生算法与关节映射函数结合的策略对六足机器人进行了耦合降阶的运动控制，实现六足机器人的协调运动。利用ADAMS和MATLAB/Simulink搭建了六足机器

4、人的仿真系统，根据六足机器人多足协调的控制策略，对六足机器人进行了三足步态仿真实验。实现了六足机器人的节律性运动以及各足间与各关节间的协调运动，验证了六足机器人行走时的运动性能与力学性能可靠。实验表明，基于CPG的运动控制模型能满足六足机器人进行节律运动的任务要求，为后续开展更为深入细致的研究工作奠定了理论和实验基础。关键词：中枢模式发生器（CPG）；六足机器人；运动规划；协调运动控制I内蒙古工业大学硕士学位论文AbstractInrecentyears,bioniccontrolhasattractedwideatt

5、entioninthefieldofrobotcontrol.Biologicalresearchhasproventhattheoperationofrhythmicmovement,suchaswalking,run,swim,fly,etc.basicformsaregeneratedandcontrolledbythespinalcordorabdominalgangliacentralpatterngenerator(CPG).Atpresent,therearemanydefectsontheresearc

6、honCPGcontrol.Thusthereisbroadspacefordevelopmentandsignificantmeaningonthisresearch.Inthispaper,basedoneffectiveanalysisofthestudyofrobotkinematicsandCPGgaitcontrolalgorithms,amulti-leggedcoordinatedcontrolstrategyofhexapodrobotwasdevelopedanddetaileddiscussion

7、fromtheorytoexperimentwasdescribed.Ontheanalysisforresearchstatusofthemulti-leggedrobotsandthecontrolmethodathomeandabroad,thecentralpatterngeneratorwasdecidedtoadaptforhexapodrobotmotioncontrol.Thegaitparametersofhexapodrobotanditstypicalgaitwasintroduced,thest

8、ructureofhexapodrobotoverallanalysiswascarriedout,thekinematicsstudyofonelegofhexapodrobotwasachieved,andthetrajectoryofthefootendwasplanned.Toprovidecontrolmovemento