頭尾調(diào)節(jié)裝置對四足機器人動態(tài)運動性能的影響研究.pdf

1、四足機器人因兼具運動的穩(wěn)定性與靈活性，且具有大負重潛能，一直受到機器人研究機構及學者的重視。目前，四足機器人的研究目標逐漸由低速靜態(tài)向高速動態(tài)方向發(fā)展。以往研究主要集中于起支撐移動作用的腿部的仿生設計及運動控制，要實現(xiàn)高動態(tài)運動下的平衡控制往往需要復雜的動力學運算，增加控制系統(tǒng)的負擔。受到狗、馬奔跑時節(jié)律性的前后擺動頭部和貓走平衡木時左右擺動尾巴這類場景的啟發(fā)，本文提出了一款具有頭、尾調(diào)節(jié)裝置的14自由度四足機器人D-Cat。利用頭、尾

2、調(diào)節(jié)裝置的擺動來實現(xiàn)機器人機體的平衡調(diào)節(jié)，提高四足機器人的動態(tài)運動性能，為四足機器人高動態(tài)性能的運動研究提出一種新的研究思路。論文完成的主要工作如下:
　　搭建了完整的四足機器人實驗平臺，包括具有頭、尾調(diào)節(jié)裝置的14自由度四足機器人D-Cat樣機以及具有實時伺服運動控制功能的控制系統(tǒng)。
　　針對14自由度四足機器人D-Cat建立由15個hopf振蕩器耦合的CPG(CentralPattern Generator)網(wǎng)絡模型，利

3、用CPG網(wǎng)絡中的振蕩器產(chǎn)生的節(jié)律信號對機器人的關節(jié)進行位置控制，實現(xiàn)trot和bound兩種步態(tài)的節(jié)律運動控制。
　　基于動力學分析與仿生學觀測，研究了頭、尾調(diào)節(jié)裝置的運動與機器人機體的運動之間的作用機理，提出了頭、尾調(diào)節(jié)裝置的控制策略。
　　設計對比實驗，研究了頭、尾調(diào)節(jié)裝置對改善四足機器人運動速度、軀體姿態(tài)平衡、足底受力方面的影響。
　　實驗結果顯示，合理的控制頭、尾調(diào)節(jié)裝置可以改善足端拖地、偏航以及足底受力過大等