第1章 緒論

1.1 研究背景與意義
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.2.1 多足機器人步態(tài)規(guī)劃
1.2.2 地形適應技術
1.3 關鍵技術挑戰(zhàn)
1.4 本文主要貢獻

第2章 機器人系統(tǒng)建模

2.1 機械結構參數(shù)

% 機器人參數(shù)配置
robotParams = struct(...
    'bodyLength', 0.5, ...  % 機身長度(m)
    'legSegments', [0.1, 0.15, 0.2],... % 三段式腿部長度
    'DOF_perLeg', 3,...      % 單腿自由度
    'maxStride', 0.3,...    % 最大步幅
    'servoRange', [-pi/2, pi/2]); % 舵機運動范圍

2.2 運動學模型
2.2.1 DH參數(shù)建模
2.2.2 正逆運動學推導

第3章 地形感知與建模

3.1 多傳感器數(shù)據(jù)融合

classdef TerrainSensor < handle
    properties
        depthData    % 深度傳感器矩陣
        imuData      % 姿態(tài)傳感器數(shù)據(jù)
    end
    methods
        function obj = processTerrain(obj, rawDepth)
            % 實施高斯濾波和法向量計算
            obj.depthData = imgaussfilt3(rawDepth);
        end
    end
end

3.2 三維地形特征提取
3.3 足端可接觸性分析

第4章 自適應步態(tài)生成算法

4.1 基礎步態(tài)庫構建
4.1.1 三角步態(tài)生成

function [gaitSequence] = generateTripodGait(cycleTime, stepHeight)
    % 生成相位調(diào)節(jié)參數(shù)
    phaseOffset = [0, 0.5, 0, 0.5, 0, 0.5]; 
    % 實現(xiàn)貝塞爾曲線足端軌跡
    t = linspace(0, cycleTime, 100);
    for legNum = 1:6
        trajectoryX = bezierCurve(t, [0, stepHeight/2, stepHeight, 0]);
        gaitSequence(legNum).traj = [trajectoryX;...]; 
    end
end

4.2 步態(tài)參數(shù)動態(tài)調(diào)整策略
4.3 基于地形特征的在線優(yōu)化
4.4 穩(wěn)定性判據(jù)的集成

第5章 動力學仿真與實驗

5.1 MATLAB/Simulink仿真框架

% 主仿真循環(huán)
for t = 0:dt:simTime
    currentTerrain = terrainMap.getHeightmap(robotPos);
    gaitParams = adaptGait(currentTerrain, robotState);
    jointAngles = inverseKinematics(gaitParams);
  
    % 動態(tài)模型解算
    [q,dq] = ode45(@(t,y) dynamicsModel(t,y,jointAngles), [0 dt], stateVec);
    updateVisualization();
end

5.2 典型地形測試案例
5.2.1 斜坡攀爬仿真
5.2.2 非結構化地形測試
5.3 性能評估指標體系

第6章 驅(qū)動代碼設計與實現(xiàn)

6.1 系統(tǒng)架構設計
![嵌入式驅(qū)動架構圖]

6.2 核心模塊實現(xiàn)

classdef LegController < matlab.System
    properties(Access = private)
        currentPose   % 當前關節(jié)角度
        targetPose    % 目標關節(jié)角度
    end
    methods(Access = protected)
        function stepImpl(obj, terrainData)
            % 實時逆解計算
            obj.targetPose = computeIK(terrainData);
            generatePWM(obj); % 生成舵機控制信號
        end
    end
end

6.3 代碼優(yōu)化策略
6.4 實測驗證分析

驅(qū)動代碼概述 ：

1. 硬件抽象層（HAL）

function sendJointCommands(jointAngles)
    % STM32通信協(xié)議實現(xiàn)
    persistent s;
    if isempty(s)
        s = serialport("COM3", 115200); 
    end
    dataPacket = typecast(single(jointAngles), 'uint8');
    write(s, dataPacket, 'uint8');
end

2. 運動控制內(nèi)核

function [trajectory] = adaptiveGaitPlanner(terrainMap, currentPose)
    % 混合整數(shù)規(guī)劃求解最優(yōu)步態(tài)參數(shù)
    options = optimoptions('intlinprog','Display','final');
    [optParams,~] = intlinprog(costFunc, constrFunc, terrainMap, [], options);
    trajectory = generateMotionPrimitive(optParams);
end

3. 地形處理模塊

function footHoldMap = findOptimalContact(terrainData)
    % 卷積神經(jīng)網(wǎng)絡足點檢測
    net = load('terrainCNN.mat');
    footHoldMap = predict(net, terrainData); 
    footHoldMap = nonMaximumSuppression(footHoldMap);
end

后續(xù)擴展建議：
4. 可以添加ROS集成模塊
5. 強化學習訓練框架
6. 動態(tài)穩(wěn)定性判據(jù)優(yōu)化
7. 能源效率優(yōu)化算法

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