● 摘要
本文从仿生学原理出发，以自然界两种蠕虫结构为参考构建了模块化尺蠖机器人样机和松毛虫机器人样机，并针对两种构型进行了运动链分析和安全性分析，结果表明：尺蠖机器人构型简单，控制相对容易，但安全性低；松毛虫机器人具有更多的可用步态，安全性高，但存在冗余驱动。本文的重点之一是两种构型机器人竖直爬壁的实现。根据分析，为了提高尺蠖机器人爬壁的安全性，设计了支撑机构，并引入非对称相控制方法对机器人进行竖直壁面爬行试验，试验验证了非对称相控制方法的可行性。为了解决全主动关节驱动蠕虫机器人存在冗余驱动的问题，采用四连杆运动模型对松毛虫机器人进行步态规划，根据规划好的步态，对7节松毛虫机器人进行了竖直壁面爬行试验，试验验证了四连杆运动模型对蠕虫机器人的可行性。本文的另一重点是探索受吸盘约束爬壁蠕虫机器人的一般控制方法，根据四连杆、五连杆运动模型，总结试验经验得出满足固定约束爬壁蠕虫机器人须遵循的条件，并根据该条件给出适合爬壁蠕虫机器人CPG控制器的设计方法。为了说明该CPG控制器的设计流程，本文以四连杆为例，给出从四连杆模型到适合爬壁蠕虫机器人CPG控制器的完整转化过程，包括幅值、周期、偏移量、相差的整定，并提出CPG可控性概念及其实现方法，为CPG控制器的实用奠定了理论基础。