仿人服务机器人系统研究与设计

发布时间：2017-11-29 09:00

  本文关键词：仿人服务机器人系统研究与设计

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【摘要】：随着经济与科学技术的发展,智能服务机器人已渐渐走进我们视野,在生活与工作中发挥着越来越重要的作用：人口老龄化使得越来越多的老年人独处在家,这些独处的老年人需要人的陪伴与监护,而智能机器人正好充当这一角色,打发他们的无聊时间并监护着他们异常行为,这无疑提高了他们的生活质量。因此家庭陪伴类服务机器人的研究具有很高的经济与社会意义。其中智能服务机器人的结构合理性、运行平稳性,视觉识别快速性等性能是服务机器人推广的关键,也是提升仿人服务机器人智能化的重要条件。本文在前人对于视觉结合手臂研究的基础上做了如下工作：(1)回顾总结了仿人服务机器人的发展历史和研究现状,对国内外主要的仿人服务机器人进行了对比和分析,分析了服务机器人系统技术的关键点与难点,总结了服务机器人相关功能需求,对我国仿人服务机器人的发展做了进一步展望；(2)建模是运动控制的基础,从仿人机器人的单臂出发对4轴机械臂进行了建模,在已知各关节的运动参数条件下求末端执行器的相对参考坐标系的位姿,进行了机器人机械臂的正解建模。为了从末端执行器的位置和姿态求取手臂各个关节的转角,对单机械臂进行了运动学的反解；(3)双机械臂是单机械臂的扩充,其相比单臂具备许多良好的特性,可以适应更为复杂的环境。本文对仿人机器人双臂以固定参考系的运动作为时间的函数进行分析研究,对三维空间的位姿描述作了深入的探讨。分析了连杆坐标系与齐次变换和旋转矩阵的欧拉角表示,并分析了双臂机器人正逆运动学问题；(4)物体识别首先对物体的特征进行提取,而特征提取的两种方法：全局特征提取与局部特征提取在操作性能上后者优于前者。但局部特征只适合于目标物体与仿人机器人近距离识别,本文结合目标物颜色的匹配,克服了机器人远距离识别的困难；(5)服务机器人结构的合理性是机器人正常发挥功能的基本条件,本文对仿人机器人的多种行走驱动方式进行了分析,确定了使用三角全向轮的设计底盘,实现了仿人机器人的全向运动,并通过双支撑轴承结构降低了驱动连接万向节的侧向力,增强了仿人机器人底座牢固性。本章还对大负载的腰膝关节进行了设计与改良。(6)控制系统是机器人智能的核心,本文首先分析了常见仿人机器人控制系统控制方式,并对各种控制方式进行了优缺点的取舍。设计了大功率直流电机的驱动电路与低压供电系统电路进行设计,并针对服务机器人功能需求对摄像头进行了分析选取。
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242

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