基于ROS的仿人机器人控制系统研究
随着机器人行业的发展，使用机器人代替人类工作的场景越来越多。其中仿人机器人逐渐进入人们视野，本文基于实验室自主设计的仿人机器人对机器人的控制系统进行选型设计并开发实现，随后对其避障规划、逆解算和碰撞检测进行研究，对控制系统进行实验测试。 本文首先对实验室已有仿人机器人的前期工作进行总结，在已有的工作进度下，确定了控制系统的控制对象和预期目标。并对仿人机器人控制系统的功能需求和实时性分析，在此基础上对控制系统进行功能设计并分层。根据结果，对软硬件平台进行选择，确定了基于CAN总线与TCP协议的通信方案，最后对步进电机模糊PID控制进行研究。 为减小硬件平台负荷，将功能分散在不同MCU上面，确定了使用基于CAN总线的分布式控制系统实现运动控制。本文对基于STM32F4系列芯片的运动控制节点进行具体开发。首先完成了FreeRTOS实时操作系统和LWIP通信协议栈的移植，并实现了CAN通信、基于NETCONN的通信和RS485通信等模块。根据各个节点的功能进行基于FreeRTOS的任务流程设计。 对仿人机器人进行运动学分析，使用Moveit作为本文的轨迹规划器。基于三维模型完成了ROS机器人操作系统的Moveit配置工作。使用Trac-IK作为逆解器，利用AABB包围盒实现碰撞检测。之后对基于随机采样的避障规划进行了研究讨论，并完成仿真测试。通过基于多项式插值的轨迹优化研究，对轨迹点进行插补运算生成连续的轨迹曲线，选择五次多项式插值方式进行轨迹优化。 实现了基于action和topic通信机制的控制驱动节点开发，将运动控制器与轨迹规划器连接，并基于QT-creator设计了人机交互界面。最后完成了基于ROS的控制系统硬件连接工作，并进行了各层级功能测试。步进电机控制误差在0.005rad，伺服电机控制误差在0.001rad，舵机控制精度在0.009rad。
仿人机器人;TCP协议;运动控制;运动规划
北京化工大学
硕士
机械工程
陈国华;康运江
2022
中文
TP242
2022-11-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）