四足仿生机器人复杂运动控制方法与实验平台设计

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一直以来四足机器人以其优良的运动稳定性和环境适应性受到国内外众多学者和科研机构的关注与重视。目前,四足机器人已经能够在许多复杂的非结构化的环境中自主稳定行进,但控制方法非常复杂、软硬件成本过高。本文提出了基于实际反馈的CPG控制器的设计方法,并基于此提出了机器人在复杂环境下的运动控制策略。利用足端触地信号对机器人腿部的关节位置控制曲线进行调整,使机器人能够依据地形信息实现更为准确的运动。论文完成的主要工作如下:首先,针对8自由度四足机器人进行了基于实际反馈的CPG控制器的设计,并对CPG网络模型的极限环和关键参数进行了研究,得出了CPG网络模型关键参数的作用和调整规律;同时,基于此CPG控制器提出了机器人在复杂环境下的运动控制策略。其次,对四足机器人在斜坡、坑洼、台阶以及楼梯等非结构化的地形条件下的运动进行动力学仿真,并从关节位置控制曲线、关节力矩驱动曲线以及能量利用效率等多方面对仿真结果进行分析,验证了基于CPG的复杂环境下运动控制策略的有效性和优越性。然后,提出了四足机器人实验平台控制系统的设计方案,完成了控制系统的硬件设计和软件设计,并搭建了具有实时伺服控制和数据采集功能的四足机器人运动实验平台。最后,进行了机器人trot步态运动实验和转弯运动实验,验证了四足机器人实验平台控制系统的有效性和可靠性。
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