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基于CPG算法的并联移动机器人步态规划及其控制

刘爽  
【摘要】:传统的足式移动机器人大多由串联足组成,其具有易于步态规划、易于控制、易于运动学正解等优点,但其也有运载能力差、运行平稳性不足等缺点。与之不同的是,本文针对一款由两组Stewart平台机构组成的并联移动机器人,开展理论分析和控制研究。论文主要内容如下:(1)通过建立3D模型,优化并联移动机器人的机械结构及其结构尺寸。基于机器人的几何结构,采用图解的方式解析了机器人的运动模式。(2)完成并联移动机器人的逆运动学分析。提出适用性较高的步态规划方案。在步态规划方案的基础上,设计能够反映机器人电缸速度波动性及其运动平稳性的适应性函数。最后采用遗传算法在MATLAB平台上对步距参数进行优选。(3)采用中枢模式发生器(CPG)对并联移动机器人进行仿生步态控制。设计控制信号发生器模型,通过极限环原理验证了控制模型的稳定性,并实现CPG网络信号与步态参数之间的耦合。采用Simulink-ADAMS联合仿真平台进行仿真计算,通过获取在CPG控制模型下的上平台、前后足以及驱动电缸的运动学、动力学参数,验证了CPG算法作为并联移动机器人运动控制信号的可行性。(4)控制硬件系统及软件设计。完成控制器、驱动器、电机的选型工作。编写Twin CAT3上位机多轴联动控制程序。最后搭建电缸控制调试系统,验证了硬件选型及理论设计的合理性。综上所述,本文针对并联移动机器人,展开了基于CPG算法的步态规划及其控制的研究。为并联移动机器人的步态控制和样机的研制奠定了一定理论基础。


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