四足機器人在探測、救援、防爆、運輸?shù)确矫嬗兄鴱V泛應用,其能在運動過程中跨越障礙,深入到人類無法進入的惡劣未知環(huán)境中。為自主化完成任務,四足機器人必須能夠提供準確的自身狀態(tài)量信息,同時能感知3D環(huán)境并構(gòu)建地圖。但慣性傳感器存在隨機誤差和解算漂移,足端傳感器存在沖擊振動導致解算誤差,進一步影響狀態(tài)參數(shù)計算的準確性。對于這些不足,本文開展了四足機器人在3D環(huán)境中的感知與狀態(tài)估計方法研究,并開展相應實驗驗證。通過分析四足機器人的作業(yè)要求及運動特點,梳理系統(tǒng)并設計了編碼器、雷達、慣導等相結(jié)合的環(huán)境感知及定位系統(tǒng)。從四足機器人的系統(tǒng)本體、仿真平臺和系統(tǒng)軟件、硬件框架等方面進行全面分析,進而確定感知定位系統(tǒng)的需求和性能指標;對感知定位系統(tǒng)進行具體的傳感器方案設計,包括傳感器選型、測量模型推導、傳感器誤差標定和數(shù)據(jù)處理,并引入誤差評價計算。該設計方案給出了一套清晰合理、高效完整的四足機器人感知定位系統(tǒng)框架。針對四足機器人的行走和移動方式,提出了內(nèi)部傳感器與慣性測量單元相結(jié)合的3D狀態(tài)估計方法。根據(jù)傳感器特性進行數(shù)值建模,通過腿部里程計得到基座狀態(tài)量;為提高里程計精度,采用誤差卡爾曼濾波算法對誤差狀態(tài)值... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：85 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題背景及意義
        1.1.1 課題來源
        1.1.2 研究背景
        1.1.3 研究目的及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 環(huán)境感知方法研究現(xiàn)狀
        1.2.2 四足機器人里程計算法研究現(xiàn)狀
        1.2.3 多傳感器融合算法研究現(xiàn)狀
    1.3 國內(nèi)外文獻綜述及問題分析
    1.4 本文的主要研究內(nèi)容
第2章 四足機器人感知定位系統(tǒng)設計
    2.1 引言
    2.2 四足機器人系統(tǒng)分析
        2.2.1 四足機器人系統(tǒng)平臺
        2.2.2 四足機器人系統(tǒng)框架
        2.2.3 四足機器人感知定位系統(tǒng)需求分析
        2.2.4 四足機器人感知定位系統(tǒng)性能指標
    2.3 傳感器方案設計
        2.3.1 傳感器選型
        2.3.2 傳感器設置
        2.3.3 傳感器標定
        2.3.4 傳感器數(shù)據(jù)處理
    2.4 誤差評價計算
    2.5 本章小結(jié)
第3章 基于內(nèi)傳感器的四足機器人狀態(tài)估計方法
    3.1 引言
    3.2 腿部里程計算法研究
        3.2.1 腿部傳感器建模
        3.2.2 腿部里程計解算
    3.3 腿部傳感器數(shù)據(jù)融合算法研究
    3.4 仿真實驗驗證
        3.4.1 扭動運動仿真實驗與分析
        3.4.2 行走運動仿真實驗與分析
    3.5 本章小結(jié)
第4章 基于多傳感器融合四足機器人定位方法
    4.1 引言
    4.2 四足機器人地圖構(gòu)建
        4.2.1 地圖表達
        4.2.2 全局定位地圖
        4.2.3 局部導航地圖
        4.2.4 全局導航地圖
    4.3 四足機器人激光定位算法研究
        4.3.1 初始化定位
        4.3.2 激光點云匹配
        4.3.3 激光點云定位
    4.4 多傳感器融合定位算法研究
    4.5 仿真實驗驗證
        4.5.1 地圖構(gòu)建實驗與分析
        4.5.2 激光定位實驗與分析
        4.5.3 多傳感器融合定位實驗與分析
    4.6 本章小結(jié)
第5章 四足機器人感知定位系統(tǒng)實驗
    5.1 引言
    5.2 實驗測量系統(tǒng)
        5.2.1 激光跟蹤儀
        5.2.2 動作捕捉系統(tǒng)
    5.3 傳感器標定實驗
        5.3.1 IMU標定實驗及分析
        5.3.2 ZED相機標定實驗及分析
        5.3.3 相機-基座標定實驗及分析
        5.3.4 雷達-基座標定實驗及分析
        5.3.5 IMU-相機標定實驗及分析
    5.4 感知定位實驗
        5.4.1 四足機器人狀態(tài)估計實驗及分析
        5.4.2 四足機器人多傳感器融合定位實驗及分析
    5.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表其它成果
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]淺析四足仿生機器人的研究現(xiàn)狀及趨勢[J]. 姚華,孫美娜,姜峰.  中國高新區(qū). 2018(13)
[2]機器人技術的發(fā)展[J]. 王天然.  機器人. 2017(04)
[3]浙大“赤兔”機器人榮獲設計展示獎[J].   機器人技術與應用. 2017(03)
[4]淺談四足機器人的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀與未來[J]. 朱秋國.  杭州科技. 2017(02)
[5]仿生腿足式機器人的發(fā)展——浙江大學控制學院機器人實驗室熊蓉教授談國內(nèi)外腿足式機器人研究情況[J]. 熊蓉.  機器人技術與應用. 2017(02)
[6]MEMS慣性器件誤差系數(shù)的Allan方差分析方法[J]. 趙思浩,陸明泉,馮振明.  中國科學:物理學 力學 天文學. 2010(05)
[7]卡爾曼濾波在視覺伺服機器人控制中的應用[J]. 王紀,葉宇程,閻保定,孫立功.  河南科技大學學報(自然科學版). 2007(03)

碩士論文
[1]基于擴展卡爾曼濾波的足式機器人運動速度估計研究[D]. 王聰偉.哈爾濱工業(yè)大學 2014
[2]船用捷聯(lián)式慣導系統(tǒng)在線標定方法研究[D]. 李開.哈爾濱工程大學 2012



本文編號：3046188