基于CPG模型的蛇形机器人运动控制研究

《基于CPG模型的蛇形机器人运动控制研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号：密级：UDC：编号：201321203016河北工业大学硕士学位论文基于CPG模型的蛇形机器人运动控制研究论文作者：晋巧玲学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：仪器科学与技术指导教师：丁承君职称：教授资助基金项目：DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofInstrumentScienceandTechnologyRESEARCHONMOTIONCONTROLOFSNAKE-LIKEROBOTBASEDONCPGMODELbyJinQiaolingSupervisor

2、:Prof.DingChengjunMarch2016原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文

3、或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：摘要蛇形机器人是模仿自然中生物蛇的运动形式发展过来的仿生机器人，由于具有运动步态多样、环境适应能力强等特点，是极具发展潜力的仿生机器人。论文阐述的设计思想、研究方法及工作成果如下：首先，本文研究了蛇形机器人二维平面运动原理。建立了基于牛顿-欧拉力学方程及空间坐标系的动力学及运动学模型，采用数学算法对该模型进行计算分析，推导出蛇形机器人在运动过程中的位姿方

4、程。根据生物蛇的运动原理，利用逼近离散数据的方法对Serpenoid曲线进行拟合，分析了各个参数对连续和离散Serpenoid曲线性能的影响。其次，通过对不同数量神经元组成的CPG模型进行仿真分析，构建适于蛇形机器人控制的CPG网络模型，并利用MATLAB仿真分析CPG模型中各个参数对输出曲线的影响，得出各个参数的取值范围，利用遗传算法对各个参数进行最优化计算，得出CPG模型的最优化参数。再次，设计了蛇形机器人控制系统架构，包括硬件和软件结构。硬件上采用主分控制器的思想，将姿态计算和执行元件驱动在物理上进行分离，主控器和分控器通过I2C总线通信。软件系统采用闭环控制体系，保

5、证程序运行平稳高效。最后，对设计的控制系统进行了实验调试。对控制系统的功能和稳定性进行了测试，包括手动控制和自主控制。实验表明蛇形机器人可以实现基于不同步态的平稳流畅运动，验证了CPG模型最优化参数的有效性。关键词：蛇形机器人，运动控制，中枢模式发生器，运动实验IABSTRACTSnake-likerobotisakindofbionicrobotsdevelopedfromimitatingnaturalbiologicalsnakemovement.Withthecharacteristicsofdiversemotiongaits,environ-mentaladap

6、tability,andsoon,itisabionicrobotofgreatpotentialfordevelopment.Thedesigningidea,researchmethodandtheachievementofthethesisareasfollows：Firstly,Thepaperstudiestheprincipleofsnake-likerobottwo-dimensionalplanemotionandestablishesdynamicandkinematicmodelbasedonNewton-Eulermechanicsandspatial

7、coordinatesystemmethod,themodelisanalyzingusingthemethodofmathe-maticalcalculation,derivesthepositionequationofsnake-likerobotmotionprocess.Accordingtotheprinciplesofbiologicalsnakemovement,theSerpenoidcurveisfittedusingthemethodofapproximationofthediscretedat