四关节两足机器人位姿与自动避障控制方法研究

来源 :河北科技大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:lcqinyuyang
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智能机器人是集机械、电子、检测和控制等多学科为一体的新型技术。足式移动机器人具有很强的灵活性和显著的复杂地形适应能力等特点,然而决定足式移动机器人对崎岖复杂地表适应性的主要因素是机器人的位姿控制和避障控制。虽然有一些学者和爱好者致力于研究足式机器人的步行位姿控制,但多停留在开环控制阶段;虽然也有学者在研究机器人的自动避障问题,但多为静态单传感器的漫游式避障控制。本文以四关节两足机器人作为研究对象,通过深入研究实现了四关节两足机器人集足底压力三角面、陀螺仪横滚角和俯仰角于一体的位姿闭环控制,和集陀螺仪航向角度、GPS、超声波、红外于一体的自动避障控制。本文主要开展了以下研究工作:1)研究了四关节两足机器人的设计搭建问题。从机器人外形机械结构、主控制器、位姿探测系统、避障探测系统,以及所选用的传感器(三维陀螺仪、压力传感器、超声波测距传感器、红外测距传感器)等方面着手,设计搭建出可避障自由行走的四关节两足机器人。2)研究了四关节两足机器人闭环位姿控制方法。首先从四关节两足机器人的运动学和逆运动学模型入手,根据ZMP稳定性判据,以及本文提出的足底四压力传感器构成的压力三角面与陀螺仪俯仰角和横滚角参数,给出了四关节两足机器人的闭环位姿控制算法。3)研究了四关节两足机器人自动避障控制方法。首先根据移动机器人的测距原理和信息融合方法,针对超声波和红外测距的各自缺陷,提出了采用超声波和红外共同测距方案;其次针对测距传感器不能获取障碍物边缘信息的缺陷,建立了基于随机身摆动多次测距的安全区域,根据安全区域和航向角提出了避障控制策略并给出了自动避障控制算法。4)四关节两足机器人仿真实验和实际测试。首先基于VS2012开发平台设计开发出四关节两足机器人的仿真系统,在该系统通过仿真验证了本文给出的位姿闭环控制算法和自动避障控制算法的有效性,然后对本文设计的四关节两足机器人实物进行了实际测试,仿真结果和实测结果表明本文控制方法的可行性。
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