仿生液压四足机器人控制系统关键技术研究

发布时间：2017-11-20 01:24

  本文关键词：仿生液压四足机器人控制系统关键技术研究

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【摘要】：在地球的陆地上,超过50%的面积是由崎岖不平的丛林、高低起伏的丘陵和复杂多变的山地等地理环境组成,在这样的地理条件下,履带式和轮式机器人很难快速稳定的机动,其在结构化应用环境中的优势在非结构化应用背景下成为劣势,而足式机器人结构特殊,运动灵活,能够在复杂环境中实现稳定快速行走,可用以完成物资运输、救灾抢险、野外探险等任务,因此,研究足式机器人对促进国防事业的发展和经济建设的提升具有十分重要的意义。本文以实验室研制的仿生液压四足机器人为研究对象,针对四足机器人的运动特点与控制特性,结合其控制要求以及存在的不足,着重对其控制系统相关技术展开研究。首先,本文分析了四足机器人结构特点、工作原理、性能要求,通过对控制系统的性能需求分析和三种经典控制方案的对比,设计了一种分层式控制系统和分布式控制系统相结合的复合式控制系统框架。结合四足机器人任务,将控制系统分为核心控制层、协调层和伺服层,并明确了各控制层的任务。其次,使用S5PV210、STM32F407、STM32F405分别作为各层的主控芯片,设计了层间的通讯接口以及各层的功能电路,如核心控制层的网口、姿态传感器、压力传感器等硬件电路。再次,进行了自上而下的软件开发工作,在上位机使用Visual Studio 2010进行了应用程序开发,建立起了友好的人机控制界面;在核心控制层移植了Linux操作系统,并进行了相关驱动程序和应用程序开发,实现了系统各项功能;在协调层进行了插补算法的编写,以实现机器人的平滑运动;在伺服层使用智能模糊PID算法对伺服系统进行了有效控制。最后,使用D-H法对机器人逆运动学进行了求解,根据机械结构参数解算液压缸位移,再使用经典足端轨迹曲线进行规划,求取了机器人各液压缸位移曲线。在上述工作的基础上,本团队对该仿生液压四足机器人进行了自下而上的实验验证。首先进行了伺服系统实验,实验结果表明,该伺服系统能够对各种信号做出快速响应,满足实验各项要求。此后,又进行了机器人的整机行走实验,从传感器反馈的数据来看,实验结果令人满意,这充分说明该仿生液压四足机器人的控制系统工作稳定、性能可靠,能够满足实验相关要求。本文所做研究工作及其成果能够为相关研究提供有益的技术借鉴与参考,对促进相关领域的技术进步也有着积极意义。
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242

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