足式機器人依靠離散支撐點運動,相較于輪式、蠕動式、履帶式等其它移動方式,對行走路面的要求更低,靈活性更強。足式機器人中,四足機器人在保證穩(wěn)定性的同時避免了機構(gòu)的冗余,是機器人研究領(lǐng)域的熱點方向之一。本文針對四足機器人在室內(nèi)環(huán)境下的應(yīng)用需求,選用RGB-D相機為主要外部環(huán)境傳感器,研究四足機器人的環(huán)境感知與步態(tài)規(guī)劃算法。主要研究內(nèi)容如下:首先,基于視覺SLAM算法分析了室內(nèi)環(huán)境的特點,提出結(jié)合視覺特征點與環(huán)境中的平面特征的視覺前端,研究點、面特征的提取、匹配以及運動求解算法。根據(jù)視覺里程計特點,選用基于位姿圖的后端優(yōu)化算法,設(shè)計回環(huán)檢測,完成RGB-D SLAM算法設(shè)計,通過實驗驗證了點、面特征結(jié)合能有效地增強SLAM算法的魯棒性。其次,研究四足機器人的步態(tài)規(guī)劃,分析其運動學模型,構(gòu)建起四足機器人的正、逆運動學方程。以穩(wěn)定裕度為衡量基準提出了一種四足機器人的非連續(xù)靜步態(tài),包括機器人的重心軌跡規(guī)劃與擺動足端軌跡規(guī)劃,通過實驗驗證了四足機器人靜步態(tài)運動時的穩(wěn)定性。再次,將視覺SLAM算法生成的點云地圖與四足機器人靜步態(tài)結(jié)合,提出了基于點云地圖的機器人路徑規(guī)劃算法。將點云地圖轉(zhuǎn)化為高程柵格地圖...

【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 課題背景及研究的目的和意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 四足機器人導航研究現(xiàn)狀
        1.2.2 同步定位與建圖算法研究現(xiàn)狀
        1.2.3 四足機器人步態(tài)規(guī)劃研究現(xiàn)狀
        1.2.4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀總結(jié)
    1.3 本文的主要研究內(nèi)容
        1.3.1 基于點面特征的RGB-D視覺SLAM算法
        1.3.2 四足機器人的靜步態(tài)規(guī)劃
        1.3.3 基于點云地圖的路徑規(guī)劃算法
第2章 基于點面特征的RGB-D視覺SLAM算法
    2.1 引言
    2.2 相機模型分析
        2.2.1 相機簡介
        2.2.2 相機的內(nèi)外參模型
        2.2.3 相機標定
    2.3 基于點、面特征的RGB-D視覺里程計
        2.3.1 視覺里程計算法框架
        2.3.2 點、面特征提取
        2.3.3 點、面特征匹配
        2.3.4 運動求解
    2.4 后端優(yōu)化及回環(huán)檢測
        2.4.1 基于位姿圖的后端優(yōu)化
        2.4.2 回環(huán)檢測
    2.5 實驗結(jié)果及分析
        2.5.1 特征提取與匹配實驗
        2.5.2 基于點面特征的RGB-D視覺SLAM
    2.6 本章小結(jié)
第3章 四足機器人的運動學分析
    3.1 引言
    3.2 四足機器人結(jié)構(gòu)選擇
        3.2.1 四足機器人腿部拓撲結(jié)構(gòu)
        3.2.2 四足機器人選擇
    3.3 四足機器人的運動學分析
        3.3.1 正運動學分析
        3.3.2 逆運動學分析
    3.4 本章小結(jié)
第4章 四足機器人靜步態(tài)規(guī)劃
    4.1 引言
    4.2 四足機器人的穩(wěn)定裕度
    4.3 四足機器人的邁步順序
        4.3.1 四足機器人前進邁步順序
        4.3.2 四足機器人轉(zhuǎn)向邁步順序
    4.4 四足機器人的重心軌跡規(guī)劃
        4.4.1 四足機器人前進重心軌跡規(guī)劃
        4.4.2 四足機器人轉(zhuǎn)向重心軌跡規(guī)劃
        4.4.3 四足機器人重心運動方程
    4.5 四足機器人的足端軌跡規(guī)劃
        4.5.1 基于高程地圖的足端落點高度提取
        4.5.2 四足機器人擺動足在移動坐標系{M}下的擺動軌跡
        4.5.3 四足機器人擺動足在軀干坐標系{B}下的擺動軌跡
    4.6 四足機器人的靜步態(tài)規(guī)劃仿真實驗
        4.6.1 四足機器人仿真模型建立
        4.6.2 四足機器人行走實驗
    4.7 本章小結(jié)
第5章 基于點云地圖的機器人路徑規(guī)劃
    5.1 引言
    5.2 地形代價函數(shù)
        5.2.1 地形特征及計算方式
        5.2.2 地形代價地圖
    5.3 機器人體心路徑搜索
    5.4 基于點云地圖的路徑規(guī)劃實驗
        5.4.1 代價地圖建立實驗
        5.4.2 機器人路徑規(guī)劃實驗
    5.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝



本文編號：3903650