本文關(guān)鍵詞：仿生液壓四足機(jī)器人控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

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【摘要】：在地球的陸地上,超過50%的面積是由崎嶇不平的叢林、高低起伏的丘陵和復(fù)雜多變的山地等地理環(huán)境組成,在這樣的地理?xiàng)l件下,履帶式和輪式機(jī)器人很難快速穩(wěn)定的機(jī)動(dòng),其在結(jié)構(gòu)化應(yīng)用環(huán)境中的優(yōu)勢在非結(jié)構(gòu)化應(yīng)用背景下成為劣勢,而足式機(jī)器人結(jié)構(gòu)特殊,運(yùn)動(dòng)靈活,能夠在復(fù)雜環(huán)境中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定快速行走,可用以完成物資運(yùn)輸、救災(zāi)搶險(xiǎn)、野外探險(xiǎn)等任務(wù),因此,研究足式機(jī)器人對(duì)促進(jìn)國防事業(yè)的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的提升具有十分重要的意義。本文以實(shí)驗(yàn)室研制的仿生液壓四足機(jī)器人為研究對(duì)象,針對(duì)四足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)與控制特性,結(jié)合其控制要求以及存在的不足,著重對(duì)其控制系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)展開研究。首先,本文分析了四足機(jī)器人結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理、性能要求,通過對(duì)控制系統(tǒng)的性能需求分析和三種經(jīng)典控制方案的對(duì)比,設(shè)計(jì)了一種分層式控制系統(tǒng)和分布式控制系統(tǒng)相結(jié)合的復(fù)合式控制系統(tǒng)框架。結(jié)合四足機(jī)器人任務(wù),將控制系統(tǒng)分為核心控制層、協(xié)調(diào)層和伺服層,并明確了各控制層的任務(wù)。其次,使用S5PV210、STM32F407、STM32F405分別作為各層的主控芯片,設(shè)計(jì)了層間的通訊接口以及各層的功能電路,如核心控制層的網(wǎng)口、姿態(tài)傳感器、壓力傳感器等硬件電路。再次,進(jìn)行了自上而下的軟件開發(fā)工作,在上位機(jī)使用Visual Studio 2010進(jìn)行了應(yīng)用程序開發(fā),建立起了友好的人機(jī)控制界面;在核心控制層移植了Linux操作系統(tǒng),并進(jìn)行了相關(guān)驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序開發(fā),實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)各項(xiàng)功能;在協(xié)調(diào)層進(jìn)行了插補(bǔ)算法的編寫,以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的平滑運(yùn)動(dòng);在伺服層使用智能模糊PID算法對(duì)伺服系統(tǒng)進(jìn)行了有效控制。最后,使用D-H法對(duì)機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行了求解,根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù)解算液壓缸位移,再使用經(jīng)典足端軌跡曲線進(jìn)行規(guī)劃,求取了機(jī)器人各液壓缸位移曲線。在上述工作的基礎(chǔ)上,本團(tuán)隊(duì)對(duì)該仿生液壓四足機(jī)器人進(jìn)行了自下而上的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。首先進(jìn)行了伺服系統(tǒng)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該伺服系統(tǒng)能夠?qū)Ω鞣N信號(hào)做出快速響應(yīng),滿足實(shí)驗(yàn)各項(xiàng)要求。此后,又進(jìn)行了機(jī)器人的整機(jī)行走實(shí)驗(yàn),從傳感器反饋的數(shù)據(jù)來看,實(shí)驗(yàn)結(jié)果令人滿意,這充分說明該仿生液壓四足機(jī)器人的控制系統(tǒng)工作穩(wěn)定、性能可靠,能夠滿足實(shí)驗(yàn)相關(guān)要求。本文所做研究工作及其成果能夠?yàn)橄嚓P(guān)研究提供有益的技術(shù)借鑒與參考,對(duì)促進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步也有著積極意義。
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP242

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10 財(cái)宣邋Q孟推，

本文編號(hào)：1205597