轮足混合式四足机器人运动规划与跟踪控制的研究
近年来，灾难时常发生，人们所面对的被灾难破坏的环境复杂危险。为完成搜救任务，同时保证搜救人员的安全，我们希望机器人能够代替人到最危险的环境中完成救援任务。本课题就是围绕“搜索救援”这一主题，以轮-足混合式移动机器人为载体，研究机器人在复杂路况中的运动情况。 本文首先在Pro/E中构建机器人的三维模型，然后将此三维模型导入到ADAMS中产生虚拟样机模型，这个虚拟样机模型是本文研究的对象。随后，我们分析了机器人的运动学，研究了机器人腿的结构图。在不同路况下，机器人的躯干与地面平行或者有夹角，根据这种差别我们分别推导出hip关节处的坐标以及腿末端点坐标与腿的三个关节的转动数据的关系。根据这种关系，规划出机器人在平面运动的两种步态:COG后退步态、S形步态，并将这两种步态应用到上下楼梯中。 COG后退步态要求机器人在一个步态周期内进行多次躯干的调整，这个调整使机器人的COG向后移动，因此机器人在该步态下，速度会出现有正有负的情况，不过正是由于机器人的COG向后运动，为机器人提供了足够的稳定余量，使机器人在这种步态方法下拥有很大的跨越距离。S形步态相对于COG后退步态而言相对简单得多，S形步态在一个步态周期内调整的次数为2次，而且这两次调整是对称的，机器人运动时左边和右边的腿的运动也是对称的。不过S形步态最大的不足就是在该步态的一个步态周期内移动距离比较小，因而这种步态很适合小步快跑的机器人。 对于混合式机器人在轮式运动方面，我们主要研究其对规划好的路径点的轨迹跟踪，设计了一个模糊控制器，该模糊控制器有两个输入两个输出，输入是目标点与参考点的距离和方向误差;输出是机器人移动的速度和机器人方向角的变化率。将这两个输出通过速度转换模块转换后，变为轮式小车左右轮的转动角速度，从而驱动小车运动。通过MATLAB和ADAMS的联合仿真，证实了该控制器的可行性。 同时，我们还分析了机器人在光滑平面的运动情况，通过调节机器人关节的参数，机器人可以像人溜冰一样在光滑路面以不同的运动速度前进;此外，我们对机器人在光滑路面的转弯运动也进行了研究。
轮足混合机器人;步态特征;跟踪控制技术;运动规划
东北大学
硕士
模式识别与智能系统
王斐
2010
中文
TP242.6;TP273.4
82
2014-02-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）