小型仿人搏击机器人的研究与设计

摘要

本文研究了一种小型仿人搏击机器人，并分别对机器人的机械结构、运动控制系统、视觉系统和通讯系统进行了设计与实现。机械结构方面重点研究了机器人的外形、自由度、步态规划和动作设计。其中在外形设计方面对使用了Adams对机器人整体进行了机械和运动仿真，步态规划选择了二维倒立摆模型进行设计。在运动控制系统的设计中，进行了 PCB板的设计、动作调试上位机软件和运动控制器程序的软件设计。在视觉系统中，使用中值滤波的方式对图像进行预处理，然后使用简单背景下目标分割的方法提取目标轮廓，对目标的状态和距离作出估计，最终决策出下一步要执行的动作。其中使用HOG特征和SVM分类器实现目标状态的分析，并使用中心透视成像法来进行距离判断。在识别目标后对目标进行跟踪时，采用特征跟踪和区域跟踪相结合的方法对目标进行跟踪，并进行目标的状态和距离进行判断。在通讯系统方面设计实现了PC上位机与树莓派之间、树莓派与运动控制器之间的图像和信息通信，使PC上位机可以完成对机器人采集图像和加速度传感器状态的显示，并能对机器人发送指令使其完成特定的指令或动作。
　　在完成各个部分的设计后，组装了真实的机器人进行实验，分别对静态目标、动态目标击打测试，并取得了不错的效果。最后进行了两个机器人的实战实验，通过各项测试改进了目标识别算法，提高了机器人对目标判断的正确率。

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1绪论

1.1课题研究背景与意义（Background and Significance of The Research）

1.2课题的国内外研究现状（Current State of Micro-Combat Humanoid Robot）

1.3 自主运动相关技术（ Related Technologies to Achieve Independent Movement）

1.4本论文结构安排 (Main Research Contents)

2系统的总体设计与研究

2.1系统设计整体思想(System Design)

2.2机械结构设计(Mechanical Structure Design)

2.3运动控制部分设计(Design of Motion Control Part)

2.4视觉系统设计(Design of Visual System)

2.5通讯系统设计(Design of Communication System)

2.6本章小结（Summary of The Chapter）

3机械系统的设计与研究

3.1仿人搏击机器人结构及自由度设计(Design of Structure and Freedom of Micro-Combat Humanoid Robot)

3.2仿人搏击机器人步行稳定性规划(Walking Stability Planning of Micro-Combat Humanoid Robot)

3.3仿人搏击机器人虚拟样机模型动态仿真(Dynamic Simulation of Virtual Prototype Model of Micro-Combat Humanoid Robot)

3.4仿人搏击机器人搏击动作设计(Design of Fighting Action of Micro-Combat Humanoid Robot)

3.5本章小结（Summary of The Chapter）

4运动控制系统的设计与研究

4.1硬件分析与设计(Analysis and Design of Hardware)

4.2运动控制系统软件设计（Software Design of Motion Control System）

4.3本章小结（Summary of the Chapter）

5图像处理系统的设计与研究

5.1图像获取及预处理(Image Capture and Pretreatment)

5.2 目标定位与姿态检测(Object Localization and Gesture Detection )

5.3目标跟踪(Target Tracking)

5.4动作决策(Action Decision)

5.5本章小结(Summary of the Chapter)

6通讯控制系统的设计与研究

6.1PC与机器人间图像传输（Image Transmission Between Human and Machine）

6.2状态信息及控制指令传输与执行（Transmission and Execution of State Information and Control Instructions）

6.3图形化控制终端界面设计(Design of Graphic Control Terminal Interface)

6.4系统多线程通讯框架设计(Design of Multi Thread Communication Framework for System)

6.5本章小结(Summary of the Chapter)

7实验结果与分析

7.1目标状态判断（Judgment the Target State）

7.2目标距离判断（Judgment the Target Distance）

7.3图像采集系统测试（Testing of Image Acquisition System）

7.4通讯系统测试（Testing of Communication Systems）

7.5仿人搏击机器人性能实验及分析（Performance Test and Analysis of Humanoid Fighting Robot）

7.6本章小结

8总结与展望

8.1总结(Conclusions)

8.2展望(Prospect)

参考文献

作者简历

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