C形腿沙漠机器人运动方式及控制系统的研究

发布时间：2020-07-19 18:58

【摘要】：随着人类对沙漠资源的不断探索开发,沙漠移动探测设备的运动能力成为制约沙漠探测和作业的关键技术之一。传统的轮式、履带式机器人在泥土、石砾等路面环境下具备优良的通过性能,但是在沙漠非结构地面环境中适应能力大幅度下降。仿照自然界爬行动物设计的足式机器人可以针对不同的路面设计出不同的运动步态,运动灵活性较高。本文通过观察沙漠中蜥蜴的爬行方式,利用仿生学技术结合轮式和足式机器人的特点,设计出一种能够在沙漠环境完成特定任务的六足C形腿机器人。首先分析C形腿在沙基中的运动模型以及受力特性,研究六足C形腿机器人在沙漠地面中三脚架步态的运动特性,机器人可以调整跟随角的大小来改变腿部的沉陷深度,以便获得更好的运动性能,还需完善机器人的腿部构造、传动装置、整体布局的尺寸设计,从而满足机器人的基础机械结构要求。其次以STM32VET6型号微控制器芯片为控制核心,结合直流电机、伺服电机驱动器、通讯模块以及各种传感器模块,搭建各功能模块之间的电路连接以及通讯网络连接,构建六足C形腿机器人控制系统的硬件。再次,在控制系统硬件的基础上,完成基础驱动配置,实现软件层面的数据连接,针对C形腿机器人的三脚架步态的前进、后退、左转、右转,设计对应的腿部相位控制算法,给出微控制器的USART以及CAN接口的数据接收流程,建立六足C形腿机器人控制系统的软件部分。最后以LabVIEW作为开发环境设计六足C形腿机器人远程监控平台,给机器人下发控制指令,同时监测机器人的部分状态数据,实现人机信息交互功能。六足C形腿机器人主要由机械结构、控制系统硬件、控制系统软件、远程监控平台构成,四者的相互结合共同实现机器人在沙漠中的平稳运行。结合六足C形腿机器人的腿部特性,机器人可调整跟随角的大小来适应不同的沙漠环境,本机器人对面向沙漠等复杂地面的移动机器人开发研究具有一定的参考意义。
【学位授予单位】：宁夏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP242
【图文】：

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一定程度上没有体现移动足式机器人的实质性意义。而随后，微电子技术和计算机控制技术逡逑的出现进一步推动了机器人技术的发展。逡逑~|．逡逑图１－１邋Ｗａｌｋｉｎｇ邋Ｔｒｕｃｋ逦图丨－２六足机器人ＯＤＥＸ－Ｉ逡逑１９８３年，美国Ｏｄｅｔｉｃｓ公司研制出一款仿生六足机器人“ＯＤＥＸ－丨”，机器人六条腿呈圆形分布逡逑环绕在机身周围，每条腿都有三个自由度，腿部关节以直流伺服电机作为动力系统，通过采集分逡逑析驱动部件反馈信号以及足部的触觉信号实现对腿部的精准控制，该机器人可根据外界条件的变逡逑化改变自身形状，朝任意方向爬行。继“ＯＤＥＸ－Ｉ”之后，该公司相继研发成功了环境适应能力更强逡逑的“ＯＤＥＸ－ＩＩ”和“ＯＤＥＸ－ＩＩＩ”六足机器人。逡逑＿邋Ｊ逡逑图１－３波士顿Ｌｉｔｔｌｅ邋Ｄｏｇ机器人逦图１－４波士顿Ｂｉｇ邋Ｄｏｇ机器人逡逑－２－逡逑

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化改变自身形状，朝任意方向爬行。继“ＯＤＥＸ－Ｉ”之后，该公司相继研发成功了环境适应能力更强逡逑的“ＯＤＥＸ－ＩＩ”和“ＯＤＥＸ－ＩＩＩ”六足机器人。逡逑＿邋Ｊ逡逑图１－３波士顿Ｌｉｔｔｌｅ邋Ｄｏｇ机器人逦图１－４波士顿Ｂｉｇ邋Ｄｏｇ机器人逡逑－２－逡逑

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