六足机器人控制系统设计

发布时间：2017-10-11 16:17

  本文关键词：六足机器人控制系统设计

  更多相关文章： 六足机器人 蓝牙技术 Arduino 运动学模型 位姿控制 静态稳定性

【摘要】：随着社会的不断发展,结构化环境下的定向工作已经不能满足社会的需要,非结构环境下的自主工作成为了机器人研究领域的新方向。多足机器人在非结构环境中,仍然可以找到最佳立足点,良好的稳定性和机动性也使其成为了当今机器人研究领域的重点。本课题围绕一款仿蜘蛛型六足机器人进行研究,建立了它的运动学模型,设计了基于蓝牙技术的控制系统,分析了六足机器人的静态稳定性,并在此基础上在MATLAB环境中进行了基于逆运动学的位姿控制。首先,建立了六足机器人的运动学模型,从摆动腿串联机构和支撑腿并联机构分别推导出正、逆运动学方程,同时分析了足端点线速度与关节旋转角速度之间的雅克比矩阵,并利用仿真实验验证了所求方程的正确性。其次,基于蓝牙技术设计了六足机器人智能化控制系统,通过硬件基础、通信系统和软件编辑三个方面设计,实现了手机与六足机器人之间的无线通讯。以手机作为控制系统的命令发送端,便可以控制六足机器人以多种步态完成前进、转弯和后退等运动。再次,在运动学模型基础上,分别推导了机器人机身旋转角度与支撑腿关节旋转角度以及机体步长与支撑腿关节旋转角度之间的逆运动学关系,然后分析了其静态稳定性,并在机体保持稳定的前提下,用两种方法求得最大步长,为六足机器人的位姿控制奠定了理论基础。最后,利用MATLAB对六足机器人进行位姿控制。根据目标地点的坐标,选择合适的步长或旋转角度,MATLAB计算出对应的舵机旋转角度,并以串口通讯的方式将控制程序发送给Arduino舵机驱动板,进而带动舵机旋转,实现六足机器人的位姿控制。
【关键词】：六足机器人 蓝牙技术 Arduino 运动学模型 位姿控制 静态稳定性
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题研究目的及意义10-11
• 1.2 多足机器人的发展概况11-13
• 1.3 六足机器人国内外研究现状13-16
• 1.4 六足机器人控制策略研究现状16-18
• 1.5 本文的章节安排及主要内容18-19
• 第2章 六足机器人运动学分析19-30
• 2.1 引言19
• 2.2 六足机器人结构组成19-21
• 2.3 摆动腿运动学分析21-25
• 2.3.1 摆动腿正运动学分析21-23
• 2.3.2 摆动腿逆运动学分析23-25
• 2.4 支撑腿运动学分析25-27
• 2.4.1 支撑腿正运动学分析25-26
• 2.4.2 支撑腿逆运动学分析26-27
• 2.5 六足机器人足端点速度分析27-28
• 2.6 仿真实验28-29
• 2.7 本章小结29-30
• 第3章 基于蓝牙技术的六足机器人控制系统设计30-43
• 3.1 引言30
• 3.2 六足机器人控制系统总体设计30
• 3.3 控制系统硬件设计30-33
• 3.3.1 蓝牙模块30-31
• 3.3.2 Arduino mega 256031-32
• 3.3.3 Arduino舵机驱动板32
• 3.3.4 舵机32-33
• 3.4 六足机器人控制系统程序设计33-35
• 3.4.1 程序编辑33-34
• 3.4.2 手机和蓝牙模块通信34-35
• 3.5 实验设计35-42
• 3.5.1 三角步态36-37
• 3.5.2 四足步态37-39
• 3.5.3 波动步态39-40
• 3.5.4 旋转步态40-42
• 3.6 本章小结42-43
• 第4章 六足机器人静态稳定性分析及最大步长求取43-51
• 4.1 引言43
• 4.2 机身旋转角度与舵机变换角度的逆运动学关系43-45
• 4.3 机体步长与舵机变换角度的逆运动学关系45-47
• 4.3.1 纵向步长与舵机变换角度关系45-46
• 4.3.2 横向步长与舵机变换角度关系46-47
• 4.4 静态稳定性分析47-50
• 4.4.1 稳定裕度判定方法47-48
• 4.4.2.最大步长的求取48-50
• 4.5 本章小结50-51
• 第5章 MATLAB环境下六足机器人的位姿控制51-60
• 5.1 引言51
• 5.2 MATLAB环境下计算机与六足机器人的通信51-52
• 5.3 MATLAB程序设计52-53
• 5.4 六足机器人位姿控制流程53-55
• 5.4.1 直行-横行步态53-54
• 5.4.2 旋转-直行步态54-55
• 5.5 位姿控制实验分析55-59
• 5.5.1 直行-横行实验分析55-57
• 5.5.2 旋转-直行实验分析57-59
• 5.6 本章小结59-60
• 结论60-61
• 参考文献61-65
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果65-66
• 致谢66

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本文编号：1013524