基于中枢模式发生器的异构双腿行走机器人人工腿步态规划研究

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仿人机器人的研究目的是最终实现全方位的拟人,而智能假肢的研究恰好需要一种能够高度拟人的实验平台,将二者结合一起即构成一种新型仿人机器人模式——异构双腿行走机器人(Biped Robot with Heterogeneous Legs,简称BRHL)。BRHL能够很好的模拟残疾人穿戴智能假肢的情况,为智能假肢的研究提供一个很好的实验平台。本文以BRHL作为研究平台,进行BRHL人工腿步态规划研究,主要做了以下几方面工作:(1)在阐明BRHL的研究背景和研究目的的基础上,对BRHL进行整体结构设计。BRHL双腿膝关节采用四连杆闭链仿生膝关节。BRHL髋关节由电机驱动,人工腿膝关节采用人工肌肉主动驱动,仿生腿膝关节则由磁流变阻尼器半主动驱动。BRHL的结构设计为后面人工腿步态规划奠定了基础。(2)为了使仿生腿能跟随人工腿的步态,研究了智能仿生腿的步态识别方法。设计了智能仿生腿步态传感系统,进行了传感器的选型,并且建立了基于BP神经网络的步态识别模型,采用L-M训练算法作为BP神经网络的训练。(3)本文借鉴双腿行走机器人的步态规划方法,将中枢模式发生器法(Central Pattern Generator,简称CPG)应用于BRHL人工腿的步态规划。基于Hopf’非线性振荡器模型建立CPG控制网络,采用遗传算法进行参数整定,在MATLAB中进行仿真得出步态。(4)基于Matsuoka非线性振荡器模型对BRHL人工腿进行步态规划研究,采用单参数分析法对模型进行参数整定,经过MATLAB仿真分析得出步态,基于ADAMS等软件进行步态运动仿真及联合控制仿真。最后,总结本文所做工作,分析不足之处,并提出今后的研究重点。
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