一类六足机器人步态规划与基于CPG的运动控制方法研究
发布时间：2022-09-17 11:10
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...
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及意义
1.2 六足机器人及其中枢模式发生器(CPG)控制的发展概况
1.2.1 国内外六足机器人的研究现状
1.2.2 多足机器人基于CPG的运动控制研究现状
1.3 本文的主要研究内容
第2章 六足机器人的步态规划与运动学分析
2.1 引言
2.2 六足机器人步态原理
2.2.1 步态及其相关概念
2.2.2 六足机器人的步态描述及规划
2.3 机器人的稳定性描述
2.3.1 静态稳定性描述方法
2.3.2 其它步态的静态稳定性描述
2.4 六足机器人的运动学分析
2.4.1 机器人坐标系的建立
2.4.2 机器人正运动学解算
2.4.3 机器人逆运动学解算
2.5 本章小结
第3章 基于中枢模式发生器的运动控制模型
3.1 引言
3.2 基于Wilson-Cowan神经振荡器的中枢模式发生器设计
3.2.1 CPG控制器设计思路
3.2.2 Wilson-Cowan神经振荡器
3.2.3 CPG网络的拓扑结构
3.3 中枢模式发生器参数分析
3.3.1 步态权重矩阵对输出的影响
3.3.2 时间常数对输出的影响
3.3.3 增益参数对输出的影响
3.3.4 外部激励对输出的影响
3.4 本章小结
第4章 六足机器人步态生成机制
4.1 引言
4.2 单腿关节运动控制
4.2.1 摆动相足端轨迹规划
4.2.2 单腿髋关节不同步态下的控制信号
4.2.3 髋-膝、髋-踝关节映射函数
4.3 不同步态下的多足协调控制
4.4 本章小结
第5章 一类六轮足复合机器人运动实验分析
5.1 引言
5.2 六轮足复合机器人平台介绍
5.3 六足机器人步态实验
5.3.1 三角步态实验
5.3.2 四足步态实验
5.3.3 波动步态实验
5.3.4 原地转弯步态实验
5.4 实验结论
5.5 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]多足步行机器人研究状况及展望[J]. 黄俊军,葛世荣,曹为. 机床与液压. 2008(05)
[2]腿式机器人的研究综述[J]. 刘静,赵晓光,谭民. 机器人. 2006(01)
[3]仿生机器人的研究[J]. 许宏岩,付宜利,王树国,刘建国. 机器人. 2004(03)
[4]SMA驱动的微型双三足步行机器人作全方位运动的研究[J]. 祝捷,曹志奎,马培荪. 传动技术. 2002(04)
[5]微型六足仿生机器人及其三角步态的研究[J]. 徐小云,颜国正,丁国清. 光学精密工程. 2002(04)
[6]一种形状记忆合金丝驱动的微小型六足机器人[J]. 李明东,奚汉达,储金荻,马培荪,程君实. 上海交通大学学报. 2000(10)
[7]四足步行机器人中一种新型腿结构缓冲特性[J]. 马建旭,马培荪,杨保忠,王爱平. 上海交通大学学报. 1999(07)
[8]四足步行机器人模糊神经网络控制[J]. 马培荪,郑伟红. 机器人. 1997(01)
[9]智能机器人研究的进展：趋势与对策[J]. 蔡自兴. 机器人. 1996(04)
[10]全方位四足步行机器人的运动学研究[J]. 马培荪，窦小红，刘臻. 上海交通大学学报. 1994(02)
硕士论文
[1]中枢模式发生器在六足机器人运动控制中的应用[D]. 李鑫.哈尔滨工业大学 2017
[2]六足仿生机器人步态规划与控制系统研究[D]. 李文政.山东大学 2011
本文编号：3679114
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及意义
1.2 六足机器人及其中枢模式发生器(CPG)控制的发展概况
1.2.1 国内外六足机器人的研究现状
1.2.2 多足机器人基于CPG的运动控制研究现状
1.3 本文的主要研究内容
第2章 六足机器人的步态规划与运动学分析
2.1 引言
2.2 六足机器人步态原理
2.2.1 步态及其相关概念
2.2.2 六足机器人的步态描述及规划
2.3 机器人的稳定性描述
2.3.1 静态稳定性描述方法
2.3.2 其它步态的静态稳定性描述
2.4 六足机器人的运动学分析
2.4.1 机器人坐标系的建立
2.4.2 机器人正运动学解算
2.4.3 机器人逆运动学解算
2.5 本章小结
第3章 基于中枢模式发生器的运动控制模型
3.1 引言
3.2 基于Wilson-Cowan神经振荡器的中枢模式发生器设计
3.2.1 CPG控制器设计思路
3.2.2 Wilson-Cowan神经振荡器
3.2.3 CPG网络的拓扑结构
3.3 中枢模式发生器参数分析
3.3.1 步态权重矩阵对输出的影响
3.3.2 时间常数对输出的影响
3.3.3 增益参数对输出的影响
3.3.4 外部激励对输出的影响
3.4 本章小结
第4章 六足机器人步态生成机制
4.1 引言
4.2 单腿关节运动控制
4.2.1 摆动相足端轨迹规划
4.2.2 单腿髋关节不同步态下的控制信号
4.2.3 髋-膝、髋-踝关节映射函数
4.3 不同步态下的多足协调控制
4.4 本章小结
第5章 一类六轮足复合机器人运动实验分析
5.1 引言
5.2 六轮足复合机器人平台介绍
5.3 六足机器人步态实验
5.3.1 三角步态实验
5.3.2 四足步态实验
5.3.3 波动步态实验
5.3.4 原地转弯步态实验
5.4 实验结论
5.5 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]多足步行机器人研究状况及展望[J]. 黄俊军,葛世荣,曹为. 机床与液压. 2008(05)
[2]腿式机器人的研究综述[J]. 刘静,赵晓光,谭民. 机器人. 2006(01)
[3]仿生机器人的研究[J]. 许宏岩,付宜利,王树国,刘建国. 机器人. 2004(03)
[4]SMA驱动的微型双三足步行机器人作全方位运动的研究[J]. 祝捷,曹志奎,马培荪. 传动技术. 2002(04)
[5]微型六足仿生机器人及其三角步态的研究[J]. 徐小云,颜国正,丁国清. 光学精密工程. 2002(04)
[6]一种形状记忆合金丝驱动的微小型六足机器人[J]. 李明东,奚汉达,储金荻,马培荪,程君实. 上海交通大学学报. 2000(10)
[7]四足步行机器人中一种新型腿结构缓冲特性[J]. 马建旭,马培荪,杨保忠,王爱平. 上海交通大学学报. 1999(07)
[8]四足步行机器人模糊神经网络控制[J]. 马培荪,郑伟红. 机器人. 1997(01)
[9]智能机器人研究的进展：趋势与对策[J]. 蔡自兴. 机器人. 1996(04)
[10]全方位四足步行机器人的运动学研究[J]. 马培荪，窦小红，刘臻. 上海交通大学学报. 1994(02)
硕士论文
[1]中枢模式发生器在六足机器人运动控制中的应用[D]. 李鑫.哈尔滨工业大学 2017
[2]六足仿生机器人步态规划与控制系统研究[D]. 李文政.山东大学 2011
本文编号：3679114
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