[发明专利]一种基于CPG的轮腿复合式机器人的仿生运动控制方法

权利要求书

1.一种基于CPG的轮腿复合式机器人的仿生运动控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，CPG网络模型建立：轮腿复合式机器人具有四个轮腿机构，每个轮腿机构连接一个CPG振荡器，四个CPG振荡器耦合形成CPG网络；

步骤2，节律信号输出：控制中枢发出运动模式命令给步骤1建立的CPG网络，CPG网络产生具有固定相位差的周期性的节律信号输出φ；

步骤3，函数映射：映射函数将步骤2中的节律信号输出φ映射为轮模式和腿模式下髋、膝关节的关节运动轨迹控制信号，具体表示为：

其中，θ_h、θ_k分别表示机器人的髋、膝关节运动控制信号，φ为CPG振荡器的节律信号输出，θ₀表示轮运动模式时膝关节的固定角度，T为振荡器周期，A_h、A_k分别表示髋、膝关节的摆动幅度；

在轮腿切换过程中，采用Sigmoid函数将步骤2中的节律信号输出φ进行平滑，平滑后的髋、膝关节的关节运动轨迹控制信号表示为：

式中，θ_i+1、θ_i分别表示轮腿转换后的目标输出和轮腿转换前的初始输出；φ_a为轮、腿转换时刻的节律信号输出；τ为过渡时间的节律信号输出；a为平滑速率；

步骤4，运动执行：各个轮腿机构中的髋、膝关节按照步骤3函数映射后的关节运动轨迹控制信号进行运动。

2.根据权利要求1所述的基于CPG的轮腿复合式机器人的仿生运动控制方法，其特征在于：步骤2中，控制中枢通过开关量进行运动模式的切换，公示表示如下：

χ＝Γχ_w+(1-Γ)χ_l，Γ＝1或0

其中，Γ为开关量，χ表示机器人的运动模式，χ_w、χ_l分别表示机器人的轮模式和腿模式。

3.根据权利要求1所述的基于CPG的轮腿复合式机器人的仿生运动控制方法，其特征在于：步骤1中，每个CPG振荡器均为Kuramoto相位振荡器，CPG网络为Kuramoto模型，具体表示如下：

式中，φ为节律信号输出，是关于时间t的函数；i、j分别代表第i、j个CPG振荡器，i＝1、2、3或4，j＝1、2、3或4；φ_i表示第i个CPG振荡器的节律信号输出；φ_j表示第j个CPG振荡器的节律信号输出；ω表示CPG振荡器频率；k_ij表示第i、j个CPG振荡器之间的耦合系数，△_ij表示第i、j个CPG振荡器之间的固定相位差。

4.根据权利要求1所述的基于CPG的轮腿复合式机器人的仿生运动控制方法，其特征在于：步骤2中，控制中枢还发出运动速度、转向或腿模式下的步态切换命令给步骤1建立的CPG网络。

5.根据权利要求4所述的基于CPG的轮腿复合式机器人的仿生运动控制方法，其特征在于：腿模式包括行走步态和小跑步态，行走步态walk和小跑步态trot的固定相位差矩阵Δ分别为：

步骤2中，控制中枢通过改变固定相位差矩阵Δ来实现行走步态walk和小跑步态trot的切换。