多運動模式的四足仿生機器人運動控制的研究與實現(xiàn)

發(fā)布時間：2020-11-12 04:35

　　隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展,國家已經(jīng)把發(fā)展和推廣人工智能技術(shù)作為了國家發(fā)展的重要戰(zhàn)略。而機器人作為人工智能產(chǎn)業(yè)鏈上十分重要的一個分支,越來越多的受到了國家、高校和企業(yè)的重視。機器人在醫(yī)療、交通、航天、軍事、民用、教育等方面都有十分大的需求和場景�；趪液褪袌鰧χ悄軝C器人產(chǎn)業(yè)的需求和實驗室的研究方向,本文重點研究了如何實現(xiàn)一個四足智能仿生機器人,在實踐中分別進行了機器人的身體結(jié)構(gòu)研究、機器人的運動仿真研究和機器人的軟硬件系統(tǒng)搭建,通過這三部曲進行了四足仿生智能機器人的探索,并且最后成功的研制出了外形可愛、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、系統(tǒng)健壯的智能仿生四足機器人。機器人的研究過程中需要首先按照生物學中四足類動物的身體結(jié)構(gòu)設(shè)計四足機器人的身體結(jié)構(gòu),建立仿真模型,然后搭建完善的機器人控制系統(tǒng)。智能機器人要對外界的指令做出響應(yīng),實時處理身邊的環(huán)境信號,接收身上多種傳感器以及外界傳輸?shù)目刂菩盘?機器人的大腦要準確的做出判斷并能夠?qū)崿F(xiàn)對機器人運動系統(tǒng)的控制。最后本文還實現(xiàn)人工智能算法的落地,讓機器人能夠進行視覺識別功能,通過感知到不同的物體實現(xiàn)不同的運動模式。在項目的研發(fā)過程中本人重點研究了四足機器人的運動規(guī)律,通過CPG(Central Pattern Generate)控制網(wǎng)絡(luò)中的基于非線性振蕩器的Hopf諧波震蕩模型研究機器人舵機系統(tǒng)中11個主動自由度舵機的協(xié)同控制規(guī)律,實現(xiàn)對髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的模擬信號運動控制,通過對比walk態(tài)和trot態(tài)的運動規(guī)律進行驗證,并在 AMADS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)中建立虛擬樣機模型對機器人的運動模式進行仿真。在本產(chǎn)品的研發(fā)過程中本人動手搭建了真實的四足仿生機器人,開發(fā)機器人軟硬件系統(tǒng),訓練不同運動模式下的運動數(shù)據(jù),實現(xiàn)機器人的walk、trot、back、turn left、turn right、推倒后的自平衡等多種運動模式;通過加載六軸傳感器然后利用姿態(tài)感知融合算法感知機器人的自身位姿,讓機器人能夠根據(jù)空間位姿調(diào)整自身的運動模式;在實現(xiàn)機器人的智能化系統(tǒng)上利用Tensorflow框架和CNN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中的AlexNet網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)訓練四足機器人的視覺模型算法,實現(xiàn)了機器人的視覺識別功能。本項目的產(chǎn)品目前已經(jīng)進入了青島市和江蘇省幾所實驗高中的機器人競賽和人工智能編程教育課程中,作為一款科研教育和硬件平臺供學生使用。
【學位單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TP242
【部分圖文】：