基于余弦振荡器的四足机器人trot步态仿真研究

摘要

模拟脊椎动物的运动控制机理，在简化改进后应用于机器人的运动控制，是目前潜力最大的控制方法。其中，基于 CPG的运动控制方法建模复杂程度低，高层调控和反馈调节简单方便,自适应性和自稳定性程度高，被越来越多的研究工作者所关注。
　　论文主要从以下几个方面着手：
　　分析四足动物马和狗的腿部结构特点作为仿生依据，选择前肘后膝式作为四足机器人腿部结构配置方式，用 D-H法建立机器人的运动学模型，用齐次坐标变换法分析机器人的正逆运动学问题，为运动仿真和控制理论打下基础；
　　通过对比分析生物控制方法的优越性，仿照生物节律运动的CPG控制机理，建立 CPG余弦函数振荡器,构建两层网络结构的CPG网络模型，在余弦 CPG网络模型的基础上，对四足机器人进行单腿步态规划，求出各关节的振荡幅值；
　　建立虚拟样机，在 ADAMS环境中四足机器人以 trot步态在平地中进行运动学和动力学仿真，分析得到的实验结果，验证了基于余弦振荡器的四足机器人能够实现t ro t步态直线行走，并为后期驱动方式的选择提供了依据；
　　模仿四足动物跨越沟壑的运动机理，建立四足机器人沟壑地形运动模式及CPG模型，在 ADAMS软件中进行运动仿真实验，然后依据四足机器人在平地行走及跨越沟壑地形的仿真实验数据，结合对各类驱动方式及舵机的分析，选定关节驱动舵机，在实验室条件下，组装四足机器人物理样机并进行了平地行走和沟壑地形行走的实验。

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第一章 绪论

1.1 课题背景和课题意义

1.2 国内外四足机器人的研究现状

1.3 研究目的和主要内容

第二章 四足机器人腿部结构设计及运动分析

2.1 四足机器人的腿型配置

2.2 四足机器人的运动学分析

2.3 四足机器人的正运动学

2.4 四足机器人的逆运动学

2.5 本章小结

第三章 CPG 建模与步态规划

3.1 四足机器人运动控制方法

3.2 CPG 建模

3.3 步态规划

3.4本章小结

第四章 四足机器人虚拟样机与仿真

4 .1 虚拟样机技术

4 .2 建立虚拟样机模型

4 .3 四足机器人平地行走仿真实验

4 .4本章小结

第五章 沟壑地形运动仿真与样机实验

5.1沟壑地形运动仿真分析

5.2 驱动方式选择

5.3 物理样机实验

5.4 本章小结

总结与展望

参考文献

在读期间公开发表的论文

致谢