本文關(guān)鍵詞：六足機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計

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【摘要】：隨著社會的不斷發(fā)展,結(jié)構(gòu)化環(huán)境下的定向工作已經(jīng)不能滿足社會的需要,非結(jié)構(gòu)環(huán)境下的自主工作成為了機(jī)器人研究領(lǐng)域的新方向。多足機(jī)器人在非結(jié)構(gòu)環(huán)境中,仍然可以找到最佳立足點(diǎn),良好的穩(wěn)定性和機(jī)動性也使其成為了當(dāng)今機(jī)器人研究領(lǐng)域的重點(diǎn)。本課題圍繞一款仿蜘蛛型六足機(jī)器人進(jìn)行研究,建立了它的運(yùn)動學(xué)模型,設(shè)計了基于藍(lán)牙技術(shù)的控制系統(tǒng),分析了六足機(jī)器人的靜態(tài)穩(wěn)定性,并在此基礎(chǔ)上在MATLAB環(huán)境中進(jìn)行了基于逆運(yùn)動學(xué)的位姿控制。首先,建立了六足機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)模型,從擺動腿串聯(lián)機(jī)構(gòu)和支撐腿并聯(lián)機(jī)構(gòu)分別推導(dǎo)出正、逆運(yùn)動學(xué)方程,同時分析了足端點(diǎn)線速度與關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角速度之間的雅克比矩陣,并利用仿真實驗驗證了所求方程的正確性。其次,基于藍(lán)牙技術(shù)設(shè)計了六足機(jī)器人智能化控制系統(tǒng),通過硬件基礎(chǔ)、通信系統(tǒng)和軟件編輯三個方面設(shè)計,實現(xiàn)了手機(jī)與六足機(jī)器人之間的無線通訊。以手機(jī)作為控制系統(tǒng)的命令發(fā)送端,便可以控制六足機(jī)器人以多種步態(tài)完成前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎和后退等運(yùn)動。再次,在運(yùn)動學(xué)模型基礎(chǔ)上,分別推導(dǎo)了機(jī)器人機(jī)身旋轉(zhuǎn)角度與支撐腿關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度以及機(jī)體步長與支撐腿關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度之間的逆運(yùn)動學(xué)關(guān)系,然后分析了其靜態(tài)穩(wěn)定性,并在機(jī)體保持穩(wěn)定的前提下,用兩種方法求得最大步長,為六足機(jī)器人的位姿控制奠定了理論基礎(chǔ)。最后,利用MATLAB對六足機(jī)器人進(jìn)行位姿控制。根據(jù)目標(biāo)地點(diǎn)的坐標(biāo),選擇合適的步長或旋轉(zhuǎn)角度,MATLAB計算出對應(yīng)的舵機(jī)旋轉(zhuǎn)角度,并以串口通訊的方式將控制程序發(fā)送給Arduino舵機(jī)驅(qū)動板,進(jìn)而帶動舵機(jī)旋轉(zhuǎn),實現(xiàn)六足機(jī)器人的位姿控制。
【關(guān)鍵詞】：六足機(jī)器人 藍(lán)牙技術(shù) Arduino 運(yùn)動學(xué)模型 位姿控制 靜態(tài)穩(wěn)定性
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP242
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-19
• 1.1 課題研究目的及意義10-11
• 1.2 多足機(jī)器人的發(fā)展概況11-13
• 1.3 六足機(jī)器人國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-16
• 1.4 六足機(jī)器人控制策略研究現(xiàn)狀16-18
• 1.5 本文的章節(jié)安排及主要內(nèi)容18-19
• 第2章 六足機(jī)器人運(yùn)動學(xué)分析19-30
• 2.1 引言19
• 2.2 六足機(jī)器人結(jié)構(gòu)組成19-21
• 2.3 擺動腿運(yùn)動學(xué)分析21-25
• 2.3.1 擺動腿正運(yùn)動學(xué)分析21-23
• 2.3.2 擺動腿逆運(yùn)動學(xué)分析23-25
• 2.4 支撐腿運(yùn)動學(xué)分析25-27
• 2.4.1 支撐腿正運(yùn)動學(xué)分析25-26
• 2.4.2 支撐腿逆運(yùn)動學(xué)分析26-27
• 2.5 六足機(jī)器人足端點(diǎn)速度分析27-28
• 2.6 仿真實驗28-29
• 2.7 本章小結(jié)29-30
• 第3章 基于藍(lán)牙技術(shù)的六足機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計30-43
• 3.1 引言30
• 3.2 六足機(jī)器人控制系統(tǒng)總體設(shè)計30
• 3.3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計30-33
• 3.3.1 藍(lán)牙模塊30-31
• 3.3.2 Arduino mega 256031-32
• 3.3.3 Arduino舵機(jī)驅(qū)動板32
• 3.3.4 舵機(jī)32-33
• 3.4 六足機(jī)器人控制系統(tǒng)程序設(shè)計33-35
• 3.4.1 程序編輯33-34
• 3.4.2 手機(jī)和藍(lán)牙模塊通信34-35
• 3.5 實驗設(shè)計35-42
• 3.5.1 三角步態(tài)36-37
• 3.5.2 四足步態(tài)37-39
• 3.5.3 波動步態(tài)39-40
• 3.5.4 旋轉(zhuǎn)步態(tài)40-42
• 3.6 本章小結(jié)42-43
• 第4章 六足機(jī)器人靜態(tài)穩(wěn)定性分析及最大步長求取43-51
• 4.1 引言43
• 4.2 機(jī)身旋轉(zhuǎn)角度與舵機(jī)變換角度的逆運(yùn)動學(xué)關(guān)系43-45
• 4.3 機(jī)體步長與舵機(jī)變換角度的逆運(yùn)動學(xué)關(guān)系45-47
• 4.3.1 縱向步長與舵機(jī)變換角度關(guān)系45-46
• 4.3.2 橫向步長與舵機(jī)變換角度關(guān)系46-47
• 4.4 靜態(tài)穩(wěn)定性分析47-50
• 4.4.1 穩(wěn)定裕度判定方法47-48
• 4.4.2.最大步長的求取48-50
• 4.5 本章小結(jié)50-51
• 第5章 MATLAB環(huán)境下六足機(jī)器人的位姿控制51-60
• 5.1 引言51
• 5.2 MATLAB環(huán)境下計算機(jī)與六足機(jī)器人的通信51-52
• 5.3 MATLAB程序設(shè)計52-53
• 5.4 六足機(jī)器人位姿控制流程53-55
• 5.4.1 直行-橫行步態(tài)53-54
• 5.4.2 旋轉(zhuǎn)-直行步態(tài)54-55
• 5.5 位姿控制實驗分析55-59
• 5.5.1 直行-橫行實驗分析55-57
• 5.5.2 旋轉(zhuǎn)-直行實驗分析57-59
• 5.6 本章小結(jié)59-60
• 結(jié)論60-61
• 參考文獻(xiàn)61-65
• 攻讀碩士學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)與主要成果65-66
• 致謝66

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本文編號：1013524