人体姿态控制的代步轮滑机器人研究

摘要

伴随着中国经济的快速发展，城市拥堵状况严重，交通事故日益增多，空气污染加剧，这一切都是人口快速增长及机动车数量急剧增加带来的影响。经过几年来的研究与发展，多样化的代步工具逐渐走进人们的生活中，作为新兴技术产物成为近年来的研究热点，并丰富了“绿色出行”的选择。
　　本文针对现有轮滑式代步装置存在的安全稳定性考虑不全面、控制原理较为模糊、人机交互考虑不足等问题开发了一款轮滑式代步机器人平台。依据自平衡理论基础，尝试在非自平衡机器人上采用倒立摆模型对人与机器人进行建模，并通过人体姿态检测装置获取站立在移动平台上用户上身姿态信息，由此以人体ZMP位置为控制目标设计运动控制器，使得轮滑机器人能够响应用户动作意图的同时也能够保证用户操作的稳定性。本文在Matlab仿真平台上的仿真分析和三个基础实验验证了所选控制器能够对代步轮滑机器人系统进行稳定有效的控制。
　　本文开发的轮滑式代步机器人在代步机器人硬件设计、用户姿态识别、非自平衡代步车精确控制和稳定性分析上均取得了一定的研究成果，为早日实现代步车城市出行普遍化做出了贡献。

目录

声明

1 绪论

1.1 论文背景与研究意义

1.2国内外研究现状

1.3本文研究方案与组织内容

2 代步轮滑机器人系统

2.1 轮滑鞋体机械结构

2.2 轮滑鞋体驱动系统设计

2.3人体压力传感器

2.4轮滑鞋体电路板组与电源

2.5轮滑鞋体控制系统程序流程

2.6 本章小结

3 姿态检测系统

3.1 WSSS运动感知系统

3.2 上身姿态检测

3.3 姿态检测控制系统

3.4姿态控制系统控制流程

3.5 本章总结

4 基于ZMP位置反馈的控制与仿真

4.1 人体姿态倒立摆直行模型

4.2 轮式机器人ZMP的计算方法与稳定性判断

4.3 控制器设计与仿真

4.4 基于ZMP反馈的转向补偿模型

4.5模型算法控制器流程

4.6本章小结

5 实验与分析

5.1 代步轮滑机器人直行实验

5.2 代步轮滑机器人转弯实验

5.3模拟急停开关实验

5.4本章小结

6 总结与展望

6.1 本文工作

6.2 展望

致谢

参考文献

附录I 攻读硕士期间发表的文章