SPINDER：一种开源的18自由度六足机器人，采用分层式中央模式发生器控制机制以及解析逆运动学算法进行运动规划

《Scientific Reports》：SPINDER : an open-source 18-DoF hexapod robot with hierarchical central pattern generator control and analytic inverse kinematics

　　

摘要

本文介绍了SPINDER，这是一种紧凑型六足机器人，具有18个自由度（DoF），专为可复制的仿生运动研究而设计。该平台集成了飞行时间深度相机、六轴惯性测量单元以及每只脚的接触传感器，计算任务分布在基于ARM的单板计算机和实时微控制器之间，后者用于驱动Dynamixel执行器。我们为这种“偏航-俯仰-俯仰”腿配置推导出了一个封闭形式的逆运动学求解器，该求解器确保了工作空间的可行性，并能够处理运动学奇异性，从而实现每条腿的实时计算。运动控制器结合了耦合振荡器中央模式生成器来协调各条腿的运动，以及局部运动控制器来调节躯干运动并生成基于摆线的摆动轨迹，并进行支撑补偿。通过解析逆运动学（IK）将脚部目标映射到关节指令。硬件实验展示了稳定的三足行走、波动行走和波浪形行走模式，包括全向指令、平滑的在线步态转换（在大约两个步态周期内完成），以及成功穿越结构不均匀的地形（高度变化高达18毫米），完成率为100%，平均身体俯仰偏差低于5°。所有机械设计、运动学模型和控制软件都将公开发布，以支持后续的复制和扩展。