金英连，任杰，冯伟博，黎建军，王斌锐（中国计量大学机电工程学院，浙江杭州310018）



仿尺蠖机器人曲面爬行步态分析与中枢模式发生器规划

金英连，任杰，冯伟博，黎建军，王斌锐
（中国计量大学机电工程学院，浙江杭州310018）

摘要：风电叶片爬壁机器人的曲面爬行步态是研究难点。为此建立了含3个T型和2个I型关节的5自由度仿尺蠖机器人机构模型；通过几何关系分析机构对球曲面的适应性，基于吸附稳定状态建立关节角度幅值与曲率半径之间的函数关系，采用余弦函数设计翻转步态轨迹；基于反馈学习方法、自适应频率Hopf振荡器和Kuramoto耦合，设计关节中枢模式发生器（CPG）单元及其网络；通过学习平面翻转步态得到CPG网络参数初值，再通过在线调节关节角度幅值规划球曲面翻转步态。通过Matlab和Adams联合仿真分析了CPG网络的稳定性；进行了实物样机测试，测试了在叶片曲面上的翻转步态。研究结果表明，利用吸附稳定所需角度幅值可将平面步态调节为曲面步态，CPG在线调节步态规划方法有效。

关键词：控制科学与技术；爬壁；叶片曲面；Hopf振荡器；步态规划；中枢模式发生器

0　引言

兆瓦级风电叶片长度可达60 m以上，且曲面复杂［1］。目前检修多使用环绕叶片的框架机构，尺寸大、成本高、灵活性较差。足式爬壁机器人综合攀爬能力和灵活性强，是叶片自动检测技术研究方向，但可见文献少。美国Michigan大学研制了仿尺蠖双足机器人RAMR，髋关节与踝关节采用耦合驱动模式［2］。中科院沈阳自动化所研制了仿尺蠖Strider真空吸附爬壁机器人，研究壁面过渡步态规划算法及欠光滑壁面吸盘足着地点的自主选择［3］。……