仿尺蠖機器人曲面爬行步態分析與中樞模式發生器規劃

金英連，任杰，馮偉博，黎建軍，王斌銳（中國計量大學機電工程學院，浙江杭州310018）

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仿尺蠖機器人曲面爬行步態分析與中樞模式發生器規劃

金英連，任杰，馮偉博，黎建軍，王斌銳
（中國計量大學機電工程學院，浙江杭州310018）

摘要：風電葉片爬壁機器人的曲面爬行步態是研究難點。為此建立了含3個T型和2個I型關節的5自由度仿尺蠖機器人機構模型；通過幾何關系分析機構對球曲面的適應性，基于吸附穩定狀態建立關節角度幅值與曲率半徑之間的函數關系，采用余弦函數設計翻轉步態軌跡；基于反饋學習方法、自適應頻率Hopf振蕩器和Kuramoto耦合，設計關節中樞模式發生器（CPG）單元及其網絡；通過學習平面翻轉步態得到CPG網絡參數初值，再通過在線調節關節角度幅值規劃球曲面翻轉步態。通過Matlab和Adams聯合仿真分析了CPG網絡的穩定性；進行了實物樣機測試，測試了在葉片曲面上的翻轉步態。研究結果表明，利用吸附穩定所需角度幅值可將平面步態調節為曲面步態，CPG在線調節步態規劃方法有效。

關鍵詞：控制科學與技術；爬壁；葉片曲面；Hopf振蕩器；步態規劃；中樞模式發生器

0　引言

兆瓦級風電葉片長度可達60 m以上，且曲面復雜［1］。目前檢修多使用環繞葉片的框架機構，尺寸大、成本高、靈活性較差。足式爬壁機器人綜合攀爬能力和靈活性強，是葉片自動檢測技術研究方向，但可見文獻少。美國Michigan大學研制了仿尺蠖雙足機器人RAMR，髖關節與踝關節采用耦合驅動模式［2］。中科院沈陽自動化所研制了仿尺蠖Strider真空吸附爬壁機器人，研究壁面過渡步態規劃算法及欠光滑壁面吸盤足著地點的自主選擇［3］。……