本文關鍵詞：六足機器人控制系統(tǒng)設計

  更多相關文章： 六足機器人 藍牙技術 Arduino 運動學模型 位姿控制 靜態(tài)穩(wěn)定性

【摘要】：隨著社會的不斷發(fā)展,結構化環(huán)境下的定向工作已經(jīng)不能滿足社會的需要,非結構環(huán)境下的自主工作成為了機器人研究領域的新方向。多足機器人在非結構環(huán)境中,仍然可以找到最佳立足點,良好的穩(wěn)定性和機動性也使其成為了當今機器人研究領域的重點。本課題圍繞一款仿蜘蛛型六足機器人進行研究,建立了它的運動學模型,設計了基于藍牙技術的控制系統(tǒng),分析了六足機器人的靜態(tài)穩(wěn)定性,并在此基礎上在MATLAB環(huán)境中進行了基于逆運動學的位姿控制。首先,建立了六足機器人的運動學模型,從擺動腿串聯(lián)機構和支撐腿并聯(lián)機構分別推導出正、逆運動學方程,同時分析了足端點線速度與關節(jié)旋轉角速度之間的雅克比矩陣,并利用仿真實驗驗證了所求方程的正確性。其次,基于藍牙技術設計了六足機器人智能化控制系統(tǒng),通過硬件基礎、通信系統(tǒng)和軟件編輯三個方面設計,實現(xiàn)了手機與六足機器人之間的無線通訊。以手機作為控制系統(tǒng)的命令發(fā)送端,便可以控制六足機器人以多種步態(tài)完成前進、轉彎和后退等運動。再次,在運動學模型基礎上,分別推導了機器人機身旋轉角度與支撐腿關節(jié)旋轉角度以及機體步長與支撐腿關節(jié)旋轉角度之間的逆運動學關系,然后分析了其靜態(tài)穩(wěn)定性,并在機體保持穩(wěn)定的前提下,用兩種方法求得最大步長,為六足機器人的位姿控制奠定了理論基礎。最后,利用MATLAB對六足機器人進行位姿控制。根據(jù)目標地點的坐標,選擇合適的步長或旋轉角度,MATLAB計算出對應的舵機旋轉角度,并以串口通訊的方式將控制程序發(fā)送給Arduino舵機驅(qū)動板,進而帶動舵機旋轉,實現(xiàn)六足機器人的位姿控制。
【關鍵詞】：六足機器人 藍牙技術 Arduino 運動學模型 位姿控制 靜態(tài)穩(wěn)定性
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP242
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-19
• 1.1 課題研究目的及意義10-11
• 1.2 多足機器人的發(fā)展概況11-13
• 1.3 六足機器人國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-16
• 1.4 六足機器人控制策略研究現(xiàn)狀16-18
• 1.5 本文的章節(jié)安排及主要內(nèi)容18-19
• 第2章 六足機器人運動學分析19-30
• 2.1 引言19
• 2.2 六足機器人結構組成19-21
• 2.3 擺動腿運動學分析21-25
• 2.3.1 擺動腿正運動學分析21-23
• 2.3.2 擺動腿逆運動學分析23-25
• 2.4 支撐腿運動學分析25-27
• 2.4.1 支撐腿正運動學分析25-26
• 2.4.2 支撐腿逆運動學分析26-27
• 2.5 六足機器人足端點速度分析27-28
• 2.6 仿真實驗28-29
• 2.7 本章小結29-30
• 第3章 基于藍牙技術的六足機器人控制系統(tǒng)設計30-43
• 3.1 引言30
• 3.2 六足機器人控制系統(tǒng)總體設計30
• 3.3 控制系統(tǒng)硬件設計30-33
• 3.3.1 藍牙模塊30-31
• 3.3.2 Arduino mega 256031-32
• 3.3.3 Arduino舵機驅(qū)動板32
• 3.3.4 舵機32-33
• 3.4 六足機器人控制系統(tǒng)程序設計33-35
• 3.4.1 程序編輯33-34
• 3.4.2 手機和藍牙模塊通信34-35
• 3.5 實驗設計35-42
• 3.5.1 三角步態(tài)36-37
• 3.5.2 四足步態(tài)37-39
• 3.5.3 波動步態(tài)39-40
• 3.5.4 旋轉步態(tài)40-42
• 3.6 本章小結42-43
• 第4章 六足機器人靜態(tài)穩(wěn)定性分析及最大步長求取43-51
• 4.1 引言43
• 4.2 機身旋轉角度與舵機變換角度的逆運動學關系43-45
• 4.3 機體步長與舵機變換角度的逆運動學關系45-47
• 4.3.1 縱向步長與舵機變換角度關系45-46
• 4.3.2 橫向步長與舵機變換角度關系46-47
• 4.4 靜態(tài)穩(wěn)定性分析47-50
• 4.4.1 穩(wěn)定裕度判定方法47-48
• 4.4.2.最大步長的求取48-50
• 4.5 本章小結50-51
• 第5章 MATLAB環(huán)境下六足機器人的位姿控制51-60
• 5.1 引言51
• 5.2 MATLAB環(huán)境下計算機與六足機器人的通信51-52
• 5.3 MATLAB程序設計52-53
• 5.4 六足機器人位姿控制流程53-55
• 5.4.1 直行-橫行步態(tài)53-54
• 5.4.2 旋轉-直行步態(tài)54-55
• 5.5 位姿控制實驗分析55-59
• 5.5.1 直行-橫行實驗分析55-57
• 5.5.2 旋轉-直行實驗分析57-59
• 5.6 本章小結59-60
• 結論60-61
• 參考文獻61-65
• 攻讀碩士學位期間承擔的科研任務與主要成果65-66
• 致謝66

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本文編號：1013524