基于多层CPG神经网络的四足机器人控制方法研究
发布时间：2022-11-03 21:47
动态性、适应性、稳定性是四足机器人研究的重难点,现有的控制方法中,基于模型的控制方法需要对自身和环境进行精确的建模,工作量大,运动规划复杂,降低了控制的实时性。而基于行为的方法,没有高层的调节,同时也无法进行全局规划,灵活性较差,有一定的局限性。基于生物的CPG控制可以在缺乏高层调节和传感信息的情况下,自发产生稳定的节律信号,控制生物实现基本的节律运动,结构简单,适应性较强,同时不需要对环境和自身进行建模,减少了工作量,节约时间,被广泛地应用于足式机器人的运动控制中。但是,机器人的CPG控制在协调性、适应性等方面有所欠缺,不能很好地模拟生物的特性。本文基于生物学的角度,对CPG输出和关节驱动的映射展开研究,建立了二者的映射函数,构建了引入反射协调的多层CPG网络四足机器人运动控制系统。首先,通过对CPG控制和生物特性的深入研究,分析了四足动物行走步态下的运动特性和各关节运动轨迹,总结出关节间的运动规律。基于动物的反射机制,通过在多层CPG网络中引入牵张反射、姿势反射、对侧伸肌反射,对CPG输出进行调节。构建了四足机器人髋关节、膝关节、踝关节的CPG输出和关节驱动的映射函数,使多层CPG...
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 国内外在该方向的研究现状及分析
1.2.1 CPG神经网络结构研究现状
1.2.2 基于CPG网络的机器人控制研究现状
1.3 国内外研究现状总结
1.4 本文的主要研究内容
第2章 CPG输出和关节驱动之间的映射研究
2.1 引言
2.2 四足动物关节运动简介
2.3 CPG网络的节律信号分析
2.4 反射协调模型的建立
2.4.1 机器人运动控制反射协调框架
2.4.2 姿势反射模型构建
2.4.3 牵张反射模型构建
2.4.4 对侧伸肌反射模型构建
2.5 四足机器人CPG输出和关节驱动映射函数构建
2.5.1 四足机器人髋关节映射函数
2.5.2 四足机器人膝关节映射函数
2.5.3 四足机器人踝关节映射函数
2.6 本章小结
第3章 基于多层CPG网络的四足机器人控制系统构建
3.1 引言
3.2 多层CPG神经网络结构研究
3.3 基于多层CPG神经网络模型构建
3.3.1 节律发生层模型构建
3.3.2 模式发生层模型构建
3.3.3 运动神经元层模型构建
3.3.4 反射协调层模型构建
3.4 仿真实验
3.5 本章小结
第4章 四足机器人仿真与实物实验研究
4.1 引言
4.2 机器人运动学与实验平台研究
4.2.1 四足机器人运动学建模
4.2.2 四足机器人仿真平台搭建
4.3 机器人协调运动控制分析
4.3.1 单腿关节协调运动分析
4.3.2 腿间协调运动分析
4.4 四足机器人运动实验及结果分析
4.4.1 参数设置
4.4.2 仿真动画过程
4.4.3 运动仿真结果及分析
4.5 四足机器人实验研究
4.6 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于足端轨迹规划算法的液压四足机器人步态控制策略[J]. 王立鹏,王军政,汪首坤,何玉东. 机械工程学报. 2013(01)
[2]基于生物中枢模式发生器原理的四足机器人[J]. 郑浩峻,张秀丽,关旭,汪劲松. 清华大学学报(自然科学版). 2004(02)
[3]基于CPG原理的机器人运动控制方法[J]. 郑浩峻,张秀丽,李铁民,段广洪. 高技术通讯. 2003(07)
博士论文
[1]复杂地形环境中四足机器人行走方法研究[D]. 张帅帅.山东大学 2016
[2]基于多层CPG的足式机器人运动控制研究[D]. 王婷婷.哈尔滨工业大学 2014
[3]类豹型四足机器人高速运动及其控制方法研究[D]. 王鑫.哈尔滨工业大学 2013
[4]四足机器人节律运动及环境适应性的生物控制研究[D]. 张秀丽.清华大学 2004
硕士论文
[1]基于关节耦合与分层反射的双足机器人CPG控制方法研究[D]. 吴静远.哈尔滨工业大学 2015
[2]四足机器人动态稳定性分析及运动控制研究[D]. 付博.哈尔滨工业大学 2010
[3]基于非线性振子的CPG步态生成器及其运动控制方法研究[D]. 于海涛.哈尔滨工业大学 2009
本文编号：3700683
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 国内外在该方向的研究现状及分析
1.2.1 CPG神经网络结构研究现状
1.2.2 基于CPG网络的机器人控制研究现状
1.3 国内外研究现状总结
1.4 本文的主要研究内容
第2章 CPG输出和关节驱动之间的映射研究
2.1 引言
2.2 四足动物关节运动简介
2.3 CPG网络的节律信号分析
2.4 反射协调模型的建立
2.4.1 机器人运动控制反射协调框架
2.4.2 姿势反射模型构建
2.4.3 牵张反射模型构建
2.4.4 对侧伸肌反射模型构建
2.5 四足机器人CPG输出和关节驱动映射函数构建
2.5.1 四足机器人髋关节映射函数
2.5.2 四足机器人膝关节映射函数
2.5.3 四足机器人踝关节映射函数
2.6 本章小结
第3章 基于多层CPG网络的四足机器人控制系统构建
3.1 引言
3.2 多层CPG神经网络结构研究
3.3 基于多层CPG神经网络模型构建
3.3.1 节律发生层模型构建
3.3.2 模式发生层模型构建
3.3.3 运动神经元层模型构建
3.3.4 反射协调层模型构建
3.4 仿真实验
3.5 本章小结
第4章 四足机器人仿真与实物实验研究
4.1 引言
4.2 机器人运动学与实验平台研究
4.2.1 四足机器人运动学建模
4.2.2 四足机器人仿真平台搭建
4.3 机器人协调运动控制分析
4.3.1 单腿关节协调运动分析
4.3.2 腿间协调运动分析
4.4 四足机器人运动实验及结果分析
4.4.1 参数设置
4.4.2 仿真动画过程
4.4.3 运动仿真结果及分析
4.5 四足机器人实验研究
4.6 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于足端轨迹规划算法的液压四足机器人步态控制策略[J]. 王立鹏,王军政,汪首坤,何玉东. 机械工程学报. 2013(01)
[2]基于生物中枢模式发生器原理的四足机器人[J]. 郑浩峻,张秀丽,关旭,汪劲松. 清华大学学报(自然科学版). 2004(02)
[3]基于CPG原理的机器人运动控制方法[J]. 郑浩峻,张秀丽,李铁民,段广洪. 高技术通讯. 2003(07)
博士论文
[1]复杂地形环境中四足机器人行走方法研究[D]. 张帅帅.山东大学 2016
[2]基于多层CPG的足式机器人运动控制研究[D]. 王婷婷.哈尔滨工业大学 2014
[3]类豹型四足机器人高速运动及其控制方法研究[D]. 王鑫.哈尔滨工业大学 2013
[4]四足机器人节律运动及环境适应性的生物控制研究[D]. 张秀丽.清华大学 2004
硕士论文
[1]基于关节耦合与分层反射的双足机器人CPG控制方法研究[D]. 吴静远.哈尔滨工业大学 2015
[2]四足机器人动态稳定性分析及运动控制研究[D]. 付博.哈尔滨工业大学 2010
[3]基于非线性振子的CPG步态生成器及其运动控制方法研究[D]. 于海涛.哈尔滨工业大学 2009
本文编号：3700683
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