软体爬行机器人状态识别及控制研究
发布时间：2021-04-26 22:00
软体机器人本体大多由柔性材料组成,是一种新型机器人。本文研究对象是一种六足式的软体爬行机器人,六足由硅胶浇筑而成,躯干结构为3D打印制成,采用气压驱动,六足协调摆动使机器人平稳运动,类似于仿生的“千足虫”。本文主要对该类软体爬行机器人的传感、状态识别以及控制三个方面进行研究,建立一个较为完善的传感系统,对其姿态、环境信息以及运动状态进行识别,在其基础上完成软体爬行机器人控制的优化,并进行实验方面的验证。根据软体爬行机器人状态识别所需的信息,对适用于柔性结构的传感器进行研究,由于软体机器人自身材料的特殊性,需考虑嵌入到机器人本体的材料不影响机器人本体性能,对比导电硅胶,导电橡胶两种不同的方案,确定导电橡胶归为合适。由于机器人状态的复杂性,单一传感器难以得到准确的状态信息,建立了多传感器系统,为后续机器人状态识别做准备。本文中软体爬行机器人状态的识别主要包括机器人的姿态、环境路面以及运动状态三个方面的识别,为后续机器人控制的优化提供信息的支持。由于软体爬行机器人的状态信息与传感器数据对应关系复杂,为非线性关系,采用了多传感器神经网络的方法,对软体爬行机器人姿态信息进行识别;环境路面的识别采...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 柔性传感器的国内外发展现状
1.2.1 国外柔性传感器的发展现状
1.2.2 国内柔性传感器的发展现状
1.3 软体机器人建模与控制研究现状
1.4 本文的主要研究内容
第2章 软体爬行机器人传感系统的研究
2.1 引言
2.2 六足式软体爬行机器人本体
2.3 姿态识别传感系统的设计
2.3.1 嵌入式传感器的研究
2.3.2 非嵌入式传感器的研究
2.4 环境与运动状态识别传感系统
2.4.1 环境状态识别传感系统的设计
2.4.2 运动状态识别传感系统的设计
2.5 本章小结
第3章 软体爬行机器人状态识别
3.1 引言
3.2 机器人姿态识别系统的设计
3.2.1 多传感器融合神经网络方法
3.2.2 数据样本的建立
3.2.3 神经网络的训练及训练结果
3.2.4 姿态识别系统的准确度分析
3.3 机器人环境路面的识别
3.3.1 图像特征提取
3.3.2 神经网络模式识别分类器的设计
3.3.3 神经网络训练结果及验证分析
3.4 机器人本体状态的识别
3.4.1 惯性导航系统
3.4.2 GPS、惯性导航融合技术
3.4.3 机器人运动状态
3.5 本章小结
第4章 软体爬行机器人控制方法的研究
4.1 引言
4.2 基于序贯决策的控制优化
4.2.1 机器人状态空间
4.2.2 机器人激励参数
4.2.3 机器人行为决策
4.3 软体爬行机器人运动规律的研究
4.3.1 室内平整路面的行为决策研究
4.3.2 草地路面的行为决策分析
4.3.3 沙石等松软路面的行为决策分析
4.4 机器人寻优过程
4.5 本章小结
第5章 控制系统的建立及实验验证
5.1 引言
5.2 软体机器人控制系统的建立
5.2.1 机器人控制系统硬件部分
5.2.2 机器人控制系统软件部分
5.2.3 机器人控制系统实验平台
5.3 软体爬行机器人控制优化实验验证
5.3.1 实验内容
5.3.2 实验结果分析
5.4 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]3D打印柔性材料特性及有限元分析方法研究[J]. 张媛媛,李军,石凯. 机电工程. 2018(02)
[2]软体机器人:结构、驱动、传感与控制[J]. 王田苗,郝雨飞,杨兴帮,文力. 机械工程学报. 2017(13)
[3]基于软体机器人冗余自由度的实时避障位置控制[J]. 倪杭,王贺升,陈卫东. 机器人. 2017(03)
[4]基于凝胶材料的分布式柔性触觉感知测试电路[J]. 武尚卿,苑婷婷,刘可,何斌. 电子技术与软件工程. 2017(02)
[5]线驱动柔性机械臂的运动学分析[J]. 俞晓瑾. 微型电脑应用. 2013(04)
[6]一种新型机器人仿生皮肤的设计[J]. 石金进,吴海彬,马志举. 机器人. 2013(01)
[7]软体机器人研究现状综述[J]. 曹玉君,尚建忠,梁科山,范大鹏,马东玺,唐力. 机械工程学报. 2012(03)
[8]一种新型人足底压力分布测量系统及其应用[J]. 金观昌,张军,张建中,孙超. 生物医学工程学杂志. 2005(01)
硕士论文
[1]移动机器人的障碍物环境模式识别算法与实现[D]. 张明.暨南大学 2016
[2]基于导电橡胶的智能机器人触觉传感服装研究[D]. 李青.重庆大学 2006
本文编号：3162191
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 柔性传感器的国内外发展现状
1.2.1 国外柔性传感器的发展现状
1.2.2 国内柔性传感器的发展现状
1.3 软体机器人建模与控制研究现状
1.4 本文的主要研究内容
第2章 软体爬行机器人传感系统的研究
2.1 引言
2.2 六足式软体爬行机器人本体
2.3 姿态识别传感系统的设计
2.3.1 嵌入式传感器的研究
2.3.2 非嵌入式传感器的研究
2.4 环境与运动状态识别传感系统
2.4.1 环境状态识别传感系统的设计
2.4.2 运动状态识别传感系统的设计
2.5 本章小结
第3章 软体爬行机器人状态识别
3.1 引言
3.2 机器人姿态识别系统的设计
3.2.1 多传感器融合神经网络方法
3.2.2 数据样本的建立
3.2.3 神经网络的训练及训练结果
3.2.4 姿态识别系统的准确度分析
3.3 机器人环境路面的识别
3.3.1 图像特征提取
3.3.2 神经网络模式识别分类器的设计
3.3.3 神经网络训练结果及验证分析
3.4 机器人本体状态的识别
3.4.1 惯性导航系统
3.4.2 GPS、惯性导航融合技术
3.4.3 机器人运动状态
3.5 本章小结
第4章 软体爬行机器人控制方法的研究
4.1 引言
4.2 基于序贯决策的控制优化
4.2.1 机器人状态空间
4.2.2 机器人激励参数
4.2.3 机器人行为决策
4.3 软体爬行机器人运动规律的研究
4.3.1 室内平整路面的行为决策研究
4.3.2 草地路面的行为决策分析
4.3.3 沙石等松软路面的行为决策分析
4.4 机器人寻优过程
4.5 本章小结
第5章 控制系统的建立及实验验证
5.1 引言
5.2 软体机器人控制系统的建立
5.2.1 机器人控制系统硬件部分
5.2.2 机器人控制系统软件部分
5.2.3 机器人控制系统实验平台
5.3 软体爬行机器人控制优化实验验证
5.3.1 实验内容
5.3.2 实验结果分析
5.4 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]3D打印柔性材料特性及有限元分析方法研究[J]. 张媛媛,李军,石凯. 机电工程. 2018(02)
[2]软体机器人:结构、驱动、传感与控制[J]. 王田苗,郝雨飞,杨兴帮,文力. 机械工程学报. 2017(13)
[3]基于软体机器人冗余自由度的实时避障位置控制[J]. 倪杭,王贺升,陈卫东. 机器人. 2017(03)
[4]基于凝胶材料的分布式柔性触觉感知测试电路[J]. 武尚卿,苑婷婷,刘可,何斌. 电子技术与软件工程. 2017(02)
[5]线驱动柔性机械臂的运动学分析[J]. 俞晓瑾. 微型电脑应用. 2013(04)
[6]一种新型机器人仿生皮肤的设计[J]. 石金进,吴海彬,马志举. 机器人. 2013(01)
[7]软体机器人研究现状综述[J]. 曹玉君,尚建忠,梁科山,范大鹏,马东玺,唐力. 机械工程学报. 2012(03)
[8]一种新型人足底压力分布测量系统及其应用[J]. 金观昌,张军,张建中,孙超. 生物医学工程学杂志. 2005(01)
硕士论文
[1]移动机器人的障碍物环境模式识别算法与实现[D]. 张明.暨南大学 2016
[2]基于导电橡胶的智能机器人触觉传感服装研究[D]. 李青.重庆大学 2006
本文编号：3162191
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/3162191.html
