【摘 要】
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四足机器人因具备良好的运动性能和环境适应性已成为当下机器人技术重点研究的对象。但要想实现四足机器人如四足动物般的环境适应性仍存在巨大的挑战,相关方面的基础理论与关键技术仍需深入研究与探索。论文围绕四足机器人足端轨迹的柔性转换问题,在机器人运动学建模与分析的基础上,开展足端轨迹规划、关节角度傅里叶系数求取与预测等研究,最后融合中枢模式发生器和傅里叶系数提出一种机器人在线轨迹规划算法,并通过数值仿真和
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四足机器人因具备良好的运动性能和环境适应性已成为当下机器人技术重点研究的对象。但要想实现四足机器人如四足动物般的环境适应性仍存在巨大的挑战,相关方面的基础理论与关键技术仍需深入研究与探索。论文围绕四足机器人足端轨迹的柔性转换问题,在机器人运动学建模与分析的基础上,开展足端轨迹规划、关节角度傅里叶系数求取与预测等研究,最后融合中枢模式发生器和傅里叶系数提出一种机器人在线轨迹规划算法,并通过数值仿真和虚拟样机仿真验证了所提算法的有效性。论文的主要研究工作如下:(1)机器人运动学与轨迹规划。提出四足机器人的总体设计方案,在总体设计方案的基础之上建立四足机器人的简化模型,依托简化模型建立单腿的正逆运动学分析。基于足端与地面冲击小、无相对滑动开展了机器人足端轨迹规划并获得腿内关节运动函数。(2)机器人关节运动网络预测。基于快速傅里叶变换得到机器人关节运动函数的傅里叶系数;以机器人足端步长S与高度H为输入,其对应的关节运动函数的傅里叶系数为输出,基于BP网络建立了机器人各关节运动函数傅里叶系数的在线预测模型。(3)机器人足端轨迹在线规划算法。融合CPG和傅里叶级数提出了一种新的机器人足端轨迹在线规划算法。首先采用CPG模型输出代替在线预测模型傅里叶级数的系数构造一个新傅里叶级数,其次选择适当的CPG模型参数T_u及T_v,然后通过CPG模型输出以适应足端步长S与高度H,进而构建与足端参数对应的关节运动函数,由此实现机器人足端轨迹在线规划。(4)机器人数值仿真和虚拟样机仿真。基于上述提出的算法开展数值仿真和虚拟样机仿真实验,实验研究表明文中所提出的融合CPG和傅里叶级数的机器人足端轨迹在线规划算法是有效的。
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