题目：仿生蟑螂机器人的步行机理分析及控制研究

随着仿生学和机器人技术的飞速发展，仿生多足步行机器人已日益成为机器人领域研究的热点。生物蟑螂以其快速、灵活的运动和自我调控能力引起了众多机器人学者的关注。本文以模仿蟑螂行走方式为目标，以国家863项目“具有多传感信息的智能机器蟑螂运动灵活性研究和系统开发”为依托，研究仿生蟑螂机器人的步行机理并完成控制系统的研制。本文综合介绍了蟑螂机器人的腿机构和机身结构的设计，并提出了功能层次化的机器人控制系统架构。根据蟑螂步行的特点，本文分别设计了平坦路面和崎岖路面的行走步态。针对平坦路面，在总结现有的步态研究成果之上，规划了直线行走和定点转弯步态，给出了最大跨步和最大转角的计算方法。针对崎岖路面，在提高速度和兼顾稳定的前提下，本文提出了一种基于规则步态的简单易行的自适应步态。该步态扩展了传统规则步态的适用范围，省去了自由步态的搜索过程，从而降低了运算量，提高了机器人在崎岖路面的行走速度。本文同时研究了机器人跨越障碍和越过横沟的步态调整过程，并提出了一种姿态调整准则应用于机器人爬坡步态。本文分别建立了三自由度串联腿机构的数学几何模型，利用坐标变换理论求解了机器人单腿的运动学的正逆解和整体并联机构的运动学逆解，将步态规划中得到的机器人运动轨迹转变为具体的关节控制量。论文针对嵌入式技术及机器人控制系统的发展特点，提出了基于ARM硬件架构的嵌入式机器人上层控制系统，完成了硬件电路的设计和嵌入式Windows CE操作系统移植，开发了ARM与FPGA之间的通信驱动程序，并在上层应用程序中完成了步态规划和运动学计算，从而实现了机器人的多足协调控制。最后以自主研制的仿生蟑螂机器人为对象，本文分别进行了平坦路面和崎岖路面行走实验，实验结果充分验证了所设计步态的合理性，运动学算法的正确性和控制系统的可行性。