基于CPG的四足仿生机器人复杂地形下运动控制研究

摘要

传统的基于动力学建模的足式机器人运动控制方法非常复杂，不利于机器人实现快速稳定的运动，难以实现对未知非结构化环境的适应性。本论文以四足仿生机器人为研究对象，通过对脊椎动物节律运动控制机理的模拟，实现了快速稳定的行走；通过生物反射建模，实现了沟壑、台阶等复杂地形条件下的运动功能。论文完成的工作如下：
　　 搭建了一个完整的四足机器人运动实验平台，包括四足机器人样机、主从式运动控制系统（硬件系统、软件程序）、人机交互界面；
　　 使用正弦函数建立中枢模式发生器(CPG)模型，作为四足机器人轨迹规划器，用于控制四足机器人的基本节律步态，实现了四足机器人平地行走，并采用配重法与姿态调整法，解决了运动过程中的后腿拖地问题；
　　 针对沟壑、非结构化台阶两种复杂地形，模仿动物的反射运动，建立了踏空跨步反射和踏空调整反射模型，通过检测机器人足端的触地信息与躯干的俯仰角突变信息，触发反射，通过四条腿协调运动，快速调整机器人姿态，抵抗惯性力造成的瞬时失稳，实现了四足机器人对未知沟壑、台阶地形的适应性。
　　 实验结果显示：机器人平地最高速度可达0.2m/s，合每秒1/2个身长，可以跨越1.2倍跨距的沟壑，走下0.4倍腿长的台阶，验证了控制方法与模型的有效性。