一种仿河狸机器人的CPG网络拓扑结构控制方法技术

本发明专利技术属于仿生两栖机器人领域。目的是提供一种可产生多种步态的CPG控制网络拓扑结构控制方法，使机器人运动具有不同的特点，以执行爬行、左转爬行、右转爬行、倒退爬行、直行游动、左转游动、右转游动、上浮及下潜9种步态。技术方案是：一种仿河狸机器人的CPG网络拓扑结构控制方法，依照如下步骤进行：1)每个关节对应一个振荡器；2)所有振荡器组成一个多耦合模式CPG网络拓扑结构；3)每个振荡器对于对应关节的电机输出信号，该输出信号先通过映射函数转化为关节角控制信号；4)各关节的电机均由相应映射函数转化的关节角控制信号进行控制。

【技术实现步骤摘要】
一种仿河狸机器人的CPG网络拓扑结构控制方法
本专利技术属于仿生两栖机器人领域，特别涉及用于仿河狸的两栖机器人多种步态协调运动控制。
技术介绍
近年来，海洋与陆地衔接的浅滩区域越来越受到科学考察、环境监测、海底资源勘测与开发等领域的关注，进而推动了适用于浅滩作业的机器人技术发展。浅海带阳光充足，植物茂盛，富含丰富的珊瑚礁，各种底栖、浮游生物大量繁殖，其种类和数量大大超过其它海域，传统螺旋桨式水下机器人的运动受其干扰容易出现故障，在低速状态下难以实现机动、非稳定流环境下推进效率较低。因此，具有仿生两栖作业能力的新型机器人对于民用和军用都有重要的意义。仿生控制方法从上个世纪末开始得到了快速的发展，迄今为止人们已建立了多种类型的CPG(centralpatterngenerator)——中枢神经发生器模型，在机器人领域，CPG大多采用耦合的非线性振荡器来实现。由于CPG网络是由神经元以不同的方式连接和组合，因此很容易构建振荡器与机器人关节之间的映射关系。当机器人的关节增加或减少时，可在原始CPG网络的相应节点增加或减少神经元来实现。CPG模型本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种仿河狸机器人，其特征在于：该仿河狸机器人包括连接主躯干的两个前肢、两个带有脚蹼的后肢、尾巴以及设置在主躯干内的浮力装置(20)，前肢拥有前肢髋外摆关节(11)、前肢髋旋转关节(12)和前肢膝旋转关节(13)共3个关节，后肢拥有后肢髋外摆关节(14)、后肢髋旋转关节(15)、后肢膝旋转关节(16)、后肢腿旋转关节(17)以及后肢踝旋转关节(18)共5个关节，尾巴拥有1个上下摆动关节(19)，每个关节均由一电机驱动。/n

【技术特征摘要】
1.一种仿河狸机器人，其特征在于：该仿河狸机器人包括连接主躯干的两个前肢、两个带有脚蹼的后肢、尾巴以及设置在主躯干内的浮力装置(20)，前肢拥有前肢髋外摆关节(11)、前肢髋旋转关节(12)和前肢膝旋转关节(13)共3个关节，后肢拥有后肢髋外摆关节(14)、后肢髋旋转关节(15)、后肢膝旋转关节(16)、后肢腿旋转关节(17)以及后肢踝旋转关节(18)共5个关节，尾巴拥有1个上下摆动关节(19)，每个关节均由一电机驱动。


2.根据权利要求1所述的仿河狸机器人，其特征在于：所述浮力装置为通过电机驱动的直线机构可前后移动地定位在主躯干上的浮力块或者重力块，以通过前后移动浮力装置的方式调节机器人的浮心，从而改变机器人的游动姿态。


3.根据权利要求2所述的仿河狸机器人，其特征在于：所述通过前后移动浮力装置的方式包括：
浮力装置是浮力块时：则浮力块向前移动时浮心向头部移动，头部抬起，身体受力方向斜向往上，游动方向向上，实现上浮；向后移动浮力块时，头部下沉，身体受力方向斜向往下，游动方向向下，实现下潜；
浮力装置是重力块时：则向前移动重力块时，头部下沉，身体受力方向向斜向下，游动方向向下，实现下潜；向后移动浮力块时，头部抬起，身体受力方向向斜向上，游动方向向上，实现上浮。


4.权利要求1所述仿河狸机器人的CPG网络拓扑结构控制方法，依照如下步骤进行：
1)每个关节对应一个振荡器；
2)所有振荡器组成一个多耦合模式CPG网络拓扑结构；
3)每个振荡器对于对应关节的电机输出信号，该输出信号先通过映射函数转化为关节角控制信号；
4)各关节的电机均由相应映射函数转化的关节角控制信号进行控制；
5)所述振荡器输出信号的数学表达式为：



式中：i表示振荡器序号，x,y为系统状态变量；μ决定了振荡器极限环的幅值，参数α为收敛因子，控制振荡器的输出收敛至极限环的速度，ωri和ωdi分别为关节曲线上升沿和下降沿的频率，β为上升沿和下降沿频率的比例，ω为正值，用于控制振荡...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈刚，遆肖聪，卢裕旺，杨鑫，屠嘉骏，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33