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

1、四足機(jī)器人因兼具運(yùn)動的穩(wěn)定性與靈活性，且具有大負(fù)重潛能，一直受到機(jī)器人研究機(jī)構(gòu)及學(xué)者的重視。目前，四足機(jī)器人的研究目標(biāo)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(shè)計(jì)及運(yùn)動控制，要實(shí)現(xiàn)高動態(tài)運(yùn)動下的平衡控制往往需要復(fù)雜的動力學(xué)運(yùn)算，增加控制系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。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(jī)器人D-Cat。利用頭、尾

2、調(diào)節(jié)裝置的擺動來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人機(jī)體的平衡調(diào)節(jié)，提高四足機(jī)器人的動態(tài)運(yùn)動性能，為四足機(jī)器人高動態(tài)性能的運(yùn)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(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺，包括具有頭、尾調(diào)節(jié)裝置的14自由度四足機(jī)器人D-Cat樣機(jī)以及具有實(shí)時伺服運(yùn)動控制功能的控制系統(tǒng)。
　　針對14自由度四足機(jī)器人D-Cat建立由15個hopf振蕩器耦合的CPG(CentralPattern Generator)網(wǎng)絡(luò)模型，利

3、用CPG網(wǎng)絡(luò)中的振蕩器產(chǎn)生的節(jié)律信號對機(jī)器人的關(guān)節(jié)進(jìn)行位置控制，實(shí)現(xiàn)trot和bound兩種步態(tài)的節(jié)律運(yùn)動控制。
　　基于動力學(xué)分析與仿生學(xué)觀測，研究了頭、尾調(diào)節(jié)裝置的運(yùn)動與機(jī)器人機(jī)體的運(yùn)動之間的作用機(jī)理，提出了頭、尾調(diào)節(jié)裝置的控制策略。
　　設(shè)計(jì)對比實(shí)驗(yàn)，研究了頭、尾調(diào)節(jié)裝置對改善四足機(jī)器人運(yùn)動速度、軀體姿態(tài)平衡、足底受力方面的影響。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)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