基于双层级CPG的3维蛇形机器人运动控制方法

来源：机器人杂志2019年第6期北京时间：

作者：乔贵方, 韦中, 张颖, 万其, 宋光明

摘要：为实现3维蛇形机器人多模式运动控制，提出了一种基于双层级中枢模式发生器（CPG）的运动控制方法．该双层级CPG网络包含节律层和模式层，节律层的CPG神经元用于控制3维蛇形机器人的俯仰关节组和偏转关节组的相位关系，模式层的CPG神经元用于控制3维蛇形机器人关节组内各个关节的相位差及关节轨迹．首先，利用Kuramoto振荡器对CPG神经元进行建模，并确定CPG网络的层级结构和耦合拓扑；然后，基于蛇形约束曲线计算3维蛇形机器人侧滚运动、侧移运动、滑行运动及转向运动4种典型运动步态的控制参数；最后，通过联合仿真和实验验证该双层级CPG网络的控制性能．由实验结果可知，3维蛇形机器人的侧滚运动、侧移运动、滑行运动以及转向运动的实际速度分别能够达到3.9 cm/s、9.0 cm/s、2.1 cm/s和10.8°/s．因此，该方法能够有效地、灵活地控制3维蛇形机器人的多模式运动．

关键词：蛇形机器人, 仿生控制, 中枢模式发生器(CPG), 多模式, 双层级CPG