题目：不规则地形下的仿生多足步行机器人智能运动控制研究

相比于轮式机器人或者履带式机器人，仿生多足步行机器人落足位置为一系列离散的点，因此具备较强的地形适应性以及行走于各种复杂环境的潜能。然而由于其机体自由度多，结构、控制复杂，至今其运动能力，尤其是在不规则地形上的运动能力，仍不能够达到如真实生物一般。本文以仿生多足步行机器人为研究对象，分别对其机构设计、控制策略、传感反馈等问题展开讨论：

首先，介绍了本文研究过程中设计的三套样机，对三套样机采用的两种构型——直接串联式与双四杆式进行了比较分析，分别对机器人的腿机构进行了自由度分析，运动学正解与逆解的计算，静力学分析与工作空间分析，并对三套样机的性能进行了对比与整体评估。

 

其次，提出了基于混沌控制CPG方法的仿生六足机器人运动控制策略，中枢振荡可以在没有控制输入的情况下产生混沌的动力学输出，也可以在加入控制输入的情况下将混沌控制到不同的周期轨。利用混沌的内在随机性，机器人可以在腿失去触地信号及陷入陷阱的情况下，自发的出走死锁状态；也可以利用不同的周期轨产生不同的步态模式。对CPG输出信号进行后处理并经过运动控制网络，可以将信号转变为实际控制各个关节角的位置指令。最后采用Isochronous振子与多维一阶低通滤波器的方法，实现了各种步态之间的平滑切换。

 

然后，针对机器人腿发生故障的情形，将前述的单CPG模型扩展为多CPG模型，即每条腿都具有自己的振荡单元。各CPG单元可以同步从而应对正常的行走；在腿发生故障的时候，各CPG单元也可以异步，并产生不同的振荡模式。采用模拟退火算法，可以根据腿故障状态自动搜索到合适的腿振荡周期组合。

 

接下来，研究了机器人的传感反馈系统，设计了弹簧——力传感器系统，并提出了基于力阈值反馈的足端轨迹调整策略，通过力反馈的信息以及当前足端位置，可以动态调整机器人落足点的轨迹，进而使机器人具有不规则地形的行走能力。设计了基于PSD的触须传感器系统，通过感知PSD上光斑位置的变化可以估计触须前端的形变量，从而可以实现机器人的近墙行走并近似估计与墙体之间夹角。本文还通过红外光电传感器与超声信息实现了机器人的避障。

 

最后，完成了仿生六足机器人行走的仿真与实验。分别了实现了平地多步态行走，前进、转弯、后退、侧向行走等多种行为，并实现了步态切换、避障、负重行走等功能；此外，机器人通过力反馈信息可以具有不规则地形的通过能力；故障补偿实验证明了机器人在腿发生故障的时候，也能够通过调节其余腿的振荡频率，实现原有的行走轨迹。仿真与实验结果证明了所提出机构与算法的可行性。