仿生机器鳄鱼：基于动作捕捉的仿生步态规划

仿生爬行机器人作为仿生机器人研究的重要分支，具有良好环境适应性，能够在崎岖不平、松软泥泞的地面上行走，像自然生物一样越过障碍物，探索未知环境和资源。如何规划仿生机器人的步态，尽量得到与动物爬行相似的步态，仍然是仿生爬行机器人研究的一个重点。

中山大学航空航天学院蒋建平老师团队将暹罗鳄作为机器鳄鱼的仿生对象，基于三维动作捕捉技术进行步态观测实验，观察和监测目标鳄鱼的运动方式，基于观测结果对机器鳄鱼的运动步态进行了设计，并在 CoppeliaSim 软件的仿真环境下完成了机器鳄鱼的爬行运动仿真实验。为机器鳄鱼的仿生步态规划，提供了一种有效的解决手段。

步态观测实验

步态观测实验场地

步态观测对象

实验团队采用NOKOV 度量动作捕捉系统进行了鳄鱼的步态观测实验。配备了15 台NOKOV Mars 4H 动作捕捉镜头，捕捉贴在鳄鱼前腿和后腿髋关节（髋臼上方）、膝关节（腿弯曲时膝关节的外侧）、踝关节（腿弯曲时踝关节外侧）上的标记点的坐标数据，获取鳄鱼高步态爬行的真实运动特征。

实验数据曲线与拟合曲线对比示意图

实验团队将观测实验得到的前、后腿的膝、踝关节三维曲线作为高斯牛顿法的目标曲线。前、后腿拟合曲线的误差分别为 2.55%和 2.17%，拟合数据与实验数据相似性较好。

仿生步态仿真实验

仿生机器鳄鱼爬行运动的仿真模拟

为实现对虚拟机器鳄鱼的控制，实验团队在软件 CoppeliaSim 中搭建的机器鳄鱼虚拟样机模型，使用MATLAB与仿真环境进行通信。从仿真结果图中可以看出机器鳄鱼各部件之间不会发生干涉，且能够稳定向前爬行，各足交替摆动，能够在支撑相和摆动相之间顺畅衔接，与真实鳄鱼步态的相似性较好。

虚拟样机的运动仿真实验结果表明：机器鳄鱼能用与真实鳄鱼相似的步态，以0.3m/s的速度向前爬行，且具备较高的稳定性。研究结果为机器鳄鱼的运动步态规划提供了参考。

参考文献：

黄可凡,贾文祯,韩路路等.机器鳄鱼运动的仿生步态规划方法[J/OL].机械科学与技术:1-6[2023-03-29].DOI:10.13433/j.cnki.1003-8728.20220287