仿甲蟲六足爬行機(jī)器人控制系統(tǒng)研究.pdf

1、在我們的生產(chǎn)、生活環(huán)境中幾乎所有的壁面都具有一定的粗糙度，比如說水泥橋梁、高架橋橋墩、建筑外墻以及地震等災(zāi)難后的廢墟等，傳統(tǒng)的磁吸附式、真空吸附式及干性粘附式爬壁機(jī)器人難以在這類壁面上長時間穩(wěn)定爬行。自然界中甲蟲等昆蟲具有利用足部和腿上的鉤刺實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的抓附在粗糙壁面上并自由爬行的功能特征，甲蟲的這種抓附方式為設(shè)計(jì)適合攀爬粗糙壁面的機(jī)器人帶來新的思路?，F(xiàn)有的鉤刺式爬壁機(jī)器入主要依靠重力使鉤刺尖端與墻壁接觸面產(chǎn)生壓力，進(jìn)而具有足夠的摩擦力粘

2、附在壁面上。當(dāng)機(jī)器人重力與攀爬表面垂直（天花板上）或者受到垂直壁面的傾覆力較大時，鉤刺尖端不能產(chǎn)生足夠的摩擦力來阻止機(jī)器人傾覆，導(dǎo)致這類機(jī)器人不能在天花板上爬行，在垂直表面上很難實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向運(yùn)動，且易受外部環(huán)境中的振動、電磁等干擾，其運(yùn)動穩(wěn)定性較差。
　　 本文模仿甲蟲足部鉤刺對抓的特征及尺蠖蠕動爬行運(yùn)動特性介紹了一種可靈活轉(zhuǎn)向的仿甲蟲六足爬行機(jī)器人機(jī)構(gòu)，重點(diǎn)研究了該機(jī)器人控制系統(tǒng)，探索了基于CPG仿生控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，為突破仿生

3、爬行機(jī)器人爬天花板、靈活轉(zhuǎn)向等技術(shù)難點(diǎn)提供了新的啟示。
　　 本文的主要創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　 1、傳統(tǒng)的控制方法在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下適應(yīng)能力差，本文從仿生角度出發(fā)，模擬動物的節(jié)律運(yùn)動設(shè)計(jì)了一種基于中樞模式發(fā)生器(CPG)的控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)能自發(fā)的產(chǎn)生節(jié)律信號，易調(diào)節(jié)、適應(yīng)性強(qiáng)。CPG振蕩器之間相互耦合產(chǎn)生穩(wěn)定的相位互鎖關(guān)系，進(jìn)而使機(jī)器人各關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)運(yùn)動。本文采用的CPG模型是在Kimura模型的基礎(chǔ)上添加一個閾值，協(xié)助調(diào)節(jié)機(jī)

4、器人各關(guān)節(jié)運(yùn)動時序。CPG振蕩器的輸出頻率、幅值等取決于模型參數(shù)，本文采用計(jì)算機(jī)仿真分析CPG網(wǎng)絡(luò)中各參數(shù)變量與CPG信號之間的關(guān)系，保證CPG網(wǎng)絡(luò)輸出在期望范圍內(nèi)。
　　 2、在基于ODE開源動力學(xué)仿真軟件Webots中，建立仿甲蟲六足爬行機(jī)器人模型，并完成CPG算法設(shè)計(jì)，仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)器人前移、后退及避障運(yùn)動，最后，采用STM32系列單片機(jī)作為主控制器，產(chǎn)生PWM波驅(qū)動舵機(jī)運(yùn)動，利用超聲波傳感器及紅外遙控器實(shí)現(xiàn)機(jī)器人避障及遠(yuǎn)