六足机器人控制系统研究与设计

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随着人类对各种危险环境的探索要求,六足机器人由于其灵活的崎岖地面通过能力和超强的负载能力,在科学探索领域得到了广泛的应用。然而六足机器人随着关节自由度的不断增加,控制结构相对复杂,传统的控制算法难以实现多关节协调运动的复杂控制规则,导致六足机器人的运动形式单一、行走稳定性差、抗扰动响应速度慢。目前基于中枢模式发生器(CPG)的仿生学算法逐渐成为科学家们控制机器人的手段,本文将基于CPG仿生算法来解决六足机器人多步态行走时的多关节协调问题,利用CPG之间的耦合关系实现机器人的不同步态形式,提高机器人运动的灵活性。本文结合CPG仿生算法和传统的运动学分析方法,从两个方面分析和设计六足机器人控制系统:一方面,依据节律运动原理和昆虫的典型步态,从仿生学角度分析机器人步态。将机器人跟关节作为CPG单元的控制对象,采用Van der Pol振荡器搭建环状CPG耦合网络,通过调节CPG单元的相位差实现机器人各种步态。另一方面,从六足机器人系统规模、自由度数量、传感信息的融合等角度提出了以多足机器人递阶式任务分配方式和信息传输机制为基础的四级控制系统方案。从软件工程的角度分析步态控制规则和状态转移过程,建立一个模块化的可扩展的软件体系。最后本文基于Matlab-ADAMS仿真环境构建机器人模型,调用解算结果,实现了六足机器人二步态行走。实验结果验证了步态控制逻辑的正确性,以及采用CPG算法结合运动学解算结果共同控制机器人运动的可行性。
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