本文關鍵詞：仿生液壓四足機器人控制系統(tǒng)關鍵技術研究

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【摘要】：在地球的陸地上,超過50%的面積是由崎嶇不平的叢林、高低起伏的丘陵和復雜多變的山地等地理環(huán)境組成,在這樣的地理條件下,履帶式和輪式機器人很難快速穩(wěn)定的機動,其在結構化應用環(huán)境中的優(yōu)勢在非結構化應用背景下成為劣勢,而足式機器人結構特殊,運動靈活,能夠在復雜環(huán)境中實現(xiàn)穩(wěn)定快速行走,可用以完成物資運輸、救災搶險、野外探險等任務,因此,研究足式機器人對促進國防事業(yè)的發(fā)展和經濟建設的提升具有十分重要的意義。本文以實驗室研制的仿生液壓四足機器人為研究對象,針對四足機器人的運動特點與控制特性,結合其控制要求以及存在的不足,著重對其控制系統(tǒng)相關技術展開研究。首先,本文分析了四足機器人結構特點、工作原理、性能要求,通過對控制系統(tǒng)的性能需求分析和三種經典控制方案的對比,設計了一種分層式控制系統(tǒng)和分布式控制系統(tǒng)相結合的復合式控制系統(tǒng)框架。結合四足機器人任務,將控制系統(tǒng)分為核心控制層、協(xié)調層和伺服層,并明確了各控制層的任務。其次,使用S5PV210、STM32F407、STM32F405分別作為各層的主控芯片,設計了層間的通訊接口以及各層的功能電路,如核心控制層的網口、姿態(tài)傳感器、壓力傳感器等硬件電路。再次,進行了自上而下的軟件開發(fā)工作,在上位機使用Visual Studio 2010進行了應用程序開發(fā),建立起了友好的人機控制界面;在核心控制層移植了Linux操作系統(tǒng),并進行了相關驅動程序和應用程序開發(fā),實現(xiàn)了系統(tǒng)各項功能;在協(xié)調層進行了插補算法的編寫,以實現(xiàn)機器人的平滑運動;在伺服層使用智能模糊PID算法對伺服系統(tǒng)進行了有效控制。最后,使用D-H法對機器人逆運動學進行了求解,根據機械結構參數(shù)解算液壓缸位移,再使用經典足端軌跡曲線進行規(guī)劃,求取了機器人各液壓缸位移曲線。在上述工作的基礎上,本團隊對該仿生液壓四足機器人進行了自下而上的實驗驗證。首先進行了伺服系統(tǒng)實驗,實驗結果表明,該伺服系統(tǒng)能夠對各種信號做出快速響應,滿足實驗各項要求。此后,又進行了機器人的整機行走實驗,從傳感器反饋的數(shù)據來看,實驗結果令人滿意,這充分說明該仿生液壓四足機器人的控制系統(tǒng)工作穩(wěn)定、性能可靠,能夠滿足實驗相關要求。本文所做研究工作及其成果能夠為相關研究提供有益的技術借鑒與參考,對促進相關領域的技術進步也有著積極意義。
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP242

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