基于双互抑驱动神经元的单足力控制研究

摘要

六足仿生机器人是特种机器人的一种，作为主动可变的平台具有运动灵活、稳定性好、对环境适应性强的特点，可被应用于各种危险或恶劣环境中执行特殊任务，并代替人类工作，比如引爆、勘探等，因此对其研究逐渐受到重视。六足机器人自主作业的过程中经常会遇到对未知环境适应性的挑战，而对其足力控制进行研究可以增强机器人感知、适应和行动能力，具有重要的现实意义。
　　本文以实验室自行研制的六足机器人为研究对象，针对其步行运动中的足力控制目标，采用仿生学思想，基于多足动物运动神经元控制机理，开展了面向机器人足的双互抑驱动神经元力控制方法研究。
　　首先，根据生物运动神经系统的工作机理以及运动神经元的响应、信息传出原理，建立运动神经元的数学模型，并对其进行近似线性化处理以减小运算量、提高实时性；在此基础上根据双互抑运动神经元的控制机理，建立了双互抑运动神经元的数学模型。
　　其次，在分析了足式机器人力控制特点的基础上，提出了六足机器人足力控制目标；借鉴传统力控制策略，提出了基于双互抑运动神经元数学模型的力控制策略，该控制策略不依赖机器人自身和环境参数模型，对机器人足力控制具有快速性、柔顺性的特点，增强了机器人在未知环境下的自主作业能力。
　　最后，为了对算法的正确性和有效性进行验证，设计了单关节力控制器，将其融入到机器人的单足运动中，分别在结构化和非结构化环境下对机器人的足力控制进行仿真实验，并提出了基于机器人足力控制的避障反射和踏空反射处理策略，提高了机器人对非结构化环境的适应性。

目录

基于双互抑驱动神经元的单足

RESEARCH ON FOOT FORCE CONTROL BASED ON MUTUAL INHIBITED MOTONEURON

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题来源及研究的目的意义

1.2 机器人力控制国内外研究现状

1.3 课题的主要研究内容

第2章 双互抑驱动神经元数学模型的建立

2.1 引言

2.2 运动神经元的响应原理

2.3 双互抑运动神经元的数学模型

2.4 本章小结

第3章 基于双互抑驱动神经元的单足力控制器设计

3.1 引言

3.2 六足机器人足力控制问题的提出

3.3 基于双互抑驱动神经元的单足力控制器设计

3.4 本章小结

第4章 单足力控制仿真实验及结果分析

4.1 引言

4.2 单关节力跟踪仿真实验及结果分析

4.3 结构化环境下的单足力跟踪仿真实验及结果分析

4.4 非结构化环境下的单足力控制仿真实验及结果分析

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

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致谢