復(fù)雜環(huán)境下基于WCPG的四足機(jī)器人運(yùn)動控制仿真研究.pdf

1、四足機(jī)器人在軍事、運(yùn)輸、危險環(huán)境作業(yè)等方面具有巨大的應(yīng)用潛力和前景，然而，實驗室平地環(huán)境下的四足機(jī)器人運(yùn)動控制研究并不能滿足這些應(yīng)用需求，四足機(jī)器人研究迫切需要從平地擴(kuò)展到不平整地形以及有外界沖擊的復(fù)雜環(huán)境下。本文從仿生學(xué)入手，根據(jù)動物節(jié)律運(yùn)動的產(chǎn)生機(jī)理，設(shè)計了可用于溝壑、臺階、坡面等不平整地形以及受到外界側(cè)向沖擊擾動的復(fù)雜環(huán)境下的，基于工作空間中樞模式發(fā)生器（Workspace Central Pattern Generator，WC

2、PG）的步態(tài)生成與運(yùn)動控制方法。
　　本文分析了四足動物的步態(tài)描述方法和幾種典型步態(tài)，通過對動物節(jié)律運(yùn)動發(fā)生機(jī)制的探討，引出了基于CPG（中樞模式發(fā)生器）的步態(tài)生成方法理論。通過分析該理論的優(yōu)缺點，選用了一種基于WCPG振蕩器的步態(tài)生成方法，運(yùn)用WCPG生成了包含擺動相與支撐相的連續(xù)足端軌跡，構(gòu)造了四足機(jī)器人的WCPG網(wǎng)絡(luò)，通過給WCPG網(wǎng)絡(luò)賦予不同的步態(tài)矩陣，生成了四足機(jī)器人的四種典型步態(tài)。
　　在完成平地上的步態(tài)生成算法

3、后，還需要考慮四足機(jī)器人在復(fù)雜地形下的穩(wěn)定運(yùn)動控制方法。在復(fù)雜環(huán)境下，四足機(jī)器人需要通過接觸開關(guān)或足力傳感器等檢測裝置反饋以及有效的控制算法來保持其在復(fù)雜環(huán)境下仍能穩(wěn)定運(yùn)動。本文基于動物的反射機(jī)制，分析了四足動物在溝壑、臺階、坡面以及外界側(cè)向沖擊下運(yùn)動的反射機(jī)制，通過借鑒動物在不同刺激下的反射機(jī)制及其神經(jīng)中樞系統(tǒng)，為四足機(jī)器人在幾種復(fù)雜環(huán)境下的運(yùn)動控制分別規(guī)劃了反射模型，并設(shè)計了四足機(jī)器人在溝壑、臺階、坡面以及外界側(cè)向沖擊復(fù)雜環(huán)境下協(xié)調(diào)

4、各腿運(yùn)動、調(diào)整機(jī)身姿態(tài)的策略和算法。
　　為驗證上述步態(tài)生成和運(yùn)動控制方法的可行性，本文利用ADAMS與Simulink聯(lián)合仿真平臺構(gòu)建了四足機(jī)器人仿真模型，利用設(shè)計好的步態(tài)生成算法和復(fù)雜環(huán)境下的反射機(jī)制，實現(xiàn)了四足機(jī)器人仿真模型在平地上的行走、對角小跑，以及在運(yùn)動過程中遇到溝壑、臺階及受到側(cè)向沖擊等復(fù)雜環(huán)境時的快速調(diào)整和穩(wěn)定恢復(fù)。仿真結(jié)果符合期望的穩(wěn)定運(yùn)動特性，表明基于 WCPG的步態(tài)生成方法和外界擾動下的反射調(diào)節(jié)策略對四足機(jī)器