六足机器人步态规划及自主导航系统的研究与设计

发布时间：2018-08-12 20:23

【摘要】：六足机器人作为机器人研发领域中的新起之秀,具有承载能力强、稳定性能良好、非结构环境下适应能力显著的优点,近些年来被广泛地应用于多个领域。本文选择六足机器人作为研究对象,从其结构特点出发,研究了六足机器人的步态规划策略和自主导航算法,设计了六足机器人的步态控制系统、自主导航控制系统及远程遥控系统。针对未知环境中六足机器人的自主导航问题,本文提出了一种基于模糊神经网络的自主导航算法,并将此算法利用C语言进行了重建,集成到了六足机器人的自主导航控制系统中。本文从以下几个方面进行研究:1、本文研究了六足机器人的步态规划策略。详细介绍了六足机器人几种典型的步态规划,分别为三、四、五足步态、定点转弯步态以及自由步态。从机器人行进速度及稳定性两方面对这几种步态规划进行了比较,选取平坦地形环境中的三足步态和崎岖地形环境中的自由步态作为本文六足机器人控制系统的行进步态。2、本文研究了六足机器人的自主导航算法。提出了基于模糊神经网络的六足机器人自主导航闭环控制算法,算法融合了模糊控制的逻辑推理能力与神经网络的学习训练能力,并引入闭环控制方法对算法进行优化。3、本文设计了六足机器人的步态控制系统。六足机器人步态控制系统采用ARM7内核LPC2148作为主控芯片,由传感器层、主控层、驱动层和能源层这四个模块组成。详细介绍了各组成模块的元件选择、电路设计及功能设计。4、本文设计了六足机器人的自主导航控制系统。对六足机器人导航避障模型进行分析,在此基础上设计了由呈扇形扫描状态的超声波传感器、GPS定位传感器和电子罗盘传感器组成的环境感知器,实现对机器人周围环境信息及位置信息的感知。依据所提出的六足机器人自主导航闭环控制算法设计了六足机器人自主导航控制系统,实现了在复杂未知环境中对六足机器人的自主导航控制。5、本文设计了六足机器人的远程遥控系统。六足机器人的远程遥控系统采用电容触摸屏和上位机界面两种显示控制方式,具有良好的人机交互界面,实现了实时地远程监控机器人状态和下达机器人执行指令的功能。6、本文对六足机器人控制系统进行了实验。实验结果证明了本文设计的六足机器人步态控制系统、自主导航控制系统及远程遥控系统的可行性和实用性。
[Abstract]:Hexapod robot is a new emerging robot in the field of robot research and development. It has the advantages of strong bearing capacity, good stability and remarkable adaptability in unstructured environment. In recent years, it has been widely used in many fields. In this paper, hexapod robot is chosen as the research object. According to its structural characteristics, the gait planning strategy and autonomous navigation algorithm of hexapod robot are studied, and the gait control system of hexapod robot is designed. Autonomous navigation control system and remote control system. To solve the autonomous navigation problem of hexapod robot in unknown environment, a fuzzy neural network based autonomous navigation algorithm is proposed in this paper, and the algorithm is reconstructed by C language. It is integrated into the autonomous navigation control system of hexapod robot. In this paper, we study the gait planning strategy of hexapod robot from the following aspects: 1. This paper introduces several typical gait planning of hexapod robot, which are three, four and five gait, fixed-point turn gait and free gait. The gait planning is compared in terms of the speed and stability of the robot. The tripod gait in the flat terrain environment and the free gait in the rugged terrain environment are selected as the walking gait of the hexapod robot control system in this paper. The autonomous navigation algorithm of the hexapod robot is studied in this paper. A closed loop control algorithm for autonomous navigation of hexapod robot based on fuzzy neural network is proposed. The algorithm combines the logic reasoning ability of fuzzy control with the learning and training ability of neural network. The closed-loop control method is introduced to optimize the algorithm. The gait control system of hexapod robot is designed in this paper. The gait control system of hexapod robot uses ARM7 kernel LPC2148 as the main control chip, which consists of four modules: sensor layer, main control layer, drive layer and energy layer. The component selection, circuit design and function design of each module are introduced in detail. The autonomous navigation control system of hexapod robot is designed in this paper. Based on the analysis of navigation obstacle avoidance model of hexapod robot, an environment sensor composed of sector scanning ultrasonic sensor and electronic compass sensor is designed. Realize the perception of the environment information and the position information of the robot. According to the proposed closed-loop control algorithm for autonomous navigation of hexapod robot, the autonomous navigation control system of hexapod robot is designed. The autonomous navigation control of hexapod robot in complex unknown environment. 5. The remote control system of hexapod robot is designed in this paper. The remote control system of hexapod robot adopts two display and control modes, capacitive touch screen and upper computer interface, and has a good man-machine interface. The function of real-time remote monitoring of robot state and issuing robot execution instructions is realized. The control system of hexapod robot is experimented in this paper. The experimental results show the feasibility and practicability of the Hexapod gait control system, autonomous navigation control system and remote control system designed in this paper.
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP242

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 张涛;颜国正;刘华;;新型微型六足机器人的运动原理及控制程序[J];计算机工程;2006年23期

2 ;美国打造月球六足机器人[J];机器人技术与应用;2008年02期

3 孟凯;李鑫;;基于蓝牙串口模块的小型六足机器人系统设计[J];河南工程学院学报(自然科学版);2012年01期

4 ;未来出门小心巨型螳螂 六足机器人震撼亮相[J];黑龙江科技信息;2013年14期

5 莫恭佑;;并行机控制的六足机器人[J];国际科技交流;1991年12期

6 叶建胜;;《制作六足机器人》教学设计[J];中国信息技术教育;2014年17期

7 祝捷,曹志奎,马培荪;关于微型六足机器人躯体柔性化的研究[J];机械与电子;2003年01期

8 罗庆生;韩宝玲;毛新;黄麟;;新型仿生六足机器人运动控制技术的研究与探索[J];机械设计与研究;2006年02期

9 张涛;(?)国正;刘华;;微型仿生六足机器人的运动控制的软件设计[J];计算机测量与控制;2006年07期

10 张杨;韩宝玲;罗庆生;;微型仿生六足机器人的摩擦学研究[J];机械与电子;2007年05期

相关会议论文 前3条

1 童晖;张争艳;李文锋;;仿生六足机器人的设计研究[A];湖北省机械工程学会机械设计与传动专业委员会第十五届学术年会论文集（二）[C];2007年

2 邹治华;梁志颖;;可遥控仿生六足机器人之研制[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年

3 于建均;周路;杜宏伟;王冠伟;;仿生学习算法在六足机器人未知环境探索的设计与实现[A];第25届中国控制与决策会议论文集[C];2013年

相关博士学位论文 前7条

1 荣誉;基于并联机械腿的六足机器人分析与设计[D];燕山大学;2015年

2 庄红超;电驱动大负重比六足机器人结构设计及其移动特性研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

3 张学贺;基于双目视觉的六足机器人环境地图构建及运动规划研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

4 张赫;具有力感知功能的六足机器人及其崎岖地形步行控制研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

5 李满宏;六足机器人自由步态规划及运动机理研究[D];河北工业大学;2014年

6 陈诚;具有半球形足端的六足机器人步态生成和能耗优化研究[D];浙江大学;2012年

7 潘阳;P-P结构六足机器人性能设计与控制实验研究[D];上海交通大学;2014年

相关硕士学位论文 前10条

1 刘鹏飞;六足机器人步态分析与控制研究[D];燕山大学;2015年

2 才国锋;仿生六足机器人模块化控制单元及其力控制研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

3 黄志雄;带视觉和听觉的仿生六足机器人结构优化与控制研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

4 程乾;六足机器人行走机构设计与运动仿真研究[D];西南科技大学;2015年

5 胡金涛;六足机器人步态控制策略研究[D];哈尔滨理工大学;2013年

6 徐崇福;六足机器人运动规划与控制系统设计[D];哈尔滨理工大学;2013年

7 张春阳;基于STM32的六足机器人系统设计及模糊PID控制[D];浙江理工大学;2016年

8 李程;六足机器人控制系统设计[D];燕山大学;2016年

9 蒋序帆;基于阻抗控制的重型六足机器人柔顺控制研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

10 李思远;基于自抗扰控制的六足机器人研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

，

本文编号：2180262