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专利号: 2020108932688
申请人: 浙江理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-03-26
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.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,用于控制振荡器频率; xi作为振荡器关节角度的输出信号;

所述多耦合模式CPG网络拓扑结构的模型是:其中,i,j表示第i,j号振荡器,F(xi)为振荡器的常规方程,R(φij)为权重矩阵,用于调节振荡器之间的相位差,以应对不同步态;

所述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所述仿河狸机器人的CPG网络拓扑结构控制方法,其特征在于:各映射函数的控制信号的生成过程是:由振荡器先生成正弦信号,然后通过映射函数转化为控制信号来控制对应关节的电机。

3.根据权利要求2所述仿河狸机器人的CPG网络拓扑结构控制方法,其特征在于:所述步骤1)每个关节对应的振荡器是:前肢和右前肢的髋外摆关节,髋旋转关节,膝旋转关节各自对应一个振荡器,且分别通过三个映射函数控制;

后肢髋外摆和髋旋转关节对应一个振荡器,膝旋转关节对应一个振荡器,踝旋转关节和指关节对应一个振荡器,通过两个映射函数控制;

尾巴摆动关节对应一个振荡器,通过一个映射函数控制;

浮力调节装置对应一个振荡器,通过一个映射函数控制。

4.根据权利要求3所述仿河狸机器人的CPG网络拓扑结构控制方法,其特征在于:所述步骤2)中的多耦合模式CPG网络拓扑结构包括;

对应于前肢、后肢以及尾巴的各个振荡器组成了相互耦合的网状拓扑结构;而对应于前肢、后肢的各个振荡器又同样与浮力调节装置对应的振荡器组成了相互耦合的网状拓扑结构;对应于每个后肢的各个振荡器还组成了前后耦合的链式拓扑结构。

5.根据权利要求4所述仿河狸机器人的CPG网络拓扑结构控制方法,其特征在于:所述步骤5)振荡器输出信号的数学表达式中的相关参数的取值方法是:通过整定CPG参数,利用仿生,通过分析河狸运动视频的关节角,将角度拟合为周期曲线,根据周期曲线的周期选取,根据最大值和最小值的差值确定幅度μ,根据最大值移动到最小值的时间确定,根据最小值移动到最大值的时间确定。