6、仿生机器人运动与探索系统研究

仿生机器人运动与探索系统研究

在机器人研究领域，模拟生物运动实现高效移动和探索是重要的研究方向。本文将详细介绍毛毛虫机器人和蛇形机器人的相关研究，包括毛毛虫机器人的运动模拟、与真实毛毛虫的对比、运动效率评估，以及蛇形机器人的机械设计、步态生成、基于视觉的导航系统等内容。

1. 毛毛虫机器人运动研究

为验证基于正弦模型的有效性，进行了毛毛虫机器人的运动模拟和实验。
- 毛毛虫机器人运动模拟
- 模型设计 ：设计的毛毛虫机器人由一系列模块组成，每个模块是简单的刚性盒子，模块间通过一维关节连接，可在垂直平面内旋转±90°。
- 参数设置 ：设置重力为 -9.81 m/s²，摩擦系数为 0.6，每个振荡器的内部状态 x 和 y 初始化为接近 0 的随机值，为每个振荡器分配计时器作为使能信号。正弦网络参数设置为 ω = 1.5π，A = 35，φ = π/2，w = 2。
- 运动结果 ：模拟的毛毛虫机器人在一个运动周期中表现出与真实毛毛虫相似的三个阶段：构建、传播和破坏。通过改变参数 A 和 φ 可以方便地调整身体形状，结果与理论分析一致。
- 与真实毛毛虫的运动对比
- 实验设置 ：构建了一个由八个 GZ - I 模块组成的毛毛虫机器人作为实验平台，通过 PC 进行开环控制，采样时间为 80 ms。
- 运动对比 ：机器人每个周期约需 4.5 s，平均前进速度约为 1.4 c