摘要
六足机器人稳定性高、步态形式多样、负载能力强，具有广阔的应用前景。中枢模式发生器（CPG）耦合振荡器模型能自发的生成稳定的周期振荡信号，通过构建拓扑网络，实现多个CPG单元之间的耦合，适合用于六足机器人的步态规划。 首先，以非洲红火蚁的身体结构为参照，设计“HexAnt”六足仿生机器人，从机构学上分析机器人的运动自由度。建立六足机器人运动学模型，并通过MATLAB进行仿真验证。根据各关节的转动角度范围，用MATLAB仿真出足端工作空间，对两条腿的足端工作空间进行分析计算，确定足行程取值范围与足端工作空间的关系。 然后，给出了步态规划的基本概念，并确定机器人稳定裕度计算公式；根据支撑足数量和行走方向，规划出九种不同的步态；设定足端轨迹曲线，得到各种步态下六足机器人各关节转角的变化曲线，并根据运动过程中足端轨迹，计算出每种步态的稳定裕度。对同一种步态的不同方案的稳定裕度进行对比分析，确定步态的最优方案。 其次，对CPG的生物学控制机理进行分析，将其映射到机器人的步态规划中。确定CPG步态生成的方法步骤。对不同种类的振荡器特性进行比较，选用Hopf振荡器建立CPG模型，研究Hopf振荡器的参数与极限环收敛速度、输出信号的幅值、频率、占空比之间的关系。建立分层式CPG网络结构，上层网络控制腿间协调，下层网络控制腿内关节间协调。上层网络有两种连接方式：全对称网络连接和环状网络连接，在不同的连接方式下，得到不同步态下CPG网络的输出信号，比较不同步态下两种连接方式的优缺点，根据步态类型选择合适的网络连接方式。通过腿间耦合和腿内关节间耦合，实现了步态的协调稳定。 最后，搭建机器人实验平台，针对“HexAnt”机器人三、四、五支撑足步态模式，分别进行了直行、横行、旋转运动共九种步态的运动控制实验，实验结果验证了机器人步态规划与CPG模型的有效性。
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