小型仿人机器人的控制与人体动作示教研究

摘要

小型仿人机器人的研究和应用一直是机器人研究领域活跃的研究方向。小型仿人机器人控制系统主要包括机器人控制理论、仿人机器人本体控制器及相应的编程控制软件三大部分组成。本文针对面向学生的小型教学仿人机器人BIOROBO,设计了机器人的控制系统。针对仿人机器人动作编辑较为困难的问题,引入了利用激光深度传感器实现机器人动作示教的方法。
　　为了提高小型仿人机器人控制系统的实时性,稳定性和可扩展性,本文在硬件上采用了分布式的机器人控制系统。以基于STM32为核心的处理模块为基础,搭建了机器人的主控制器、传感器接口模块和加速度传感器、摄像头模块。采用了一块现场可编程处理器阵列,做为机器人运动控制模块的核心,并建立以此为基础的总线式的数字舵机控制系统。
　　同时在此基础上开发了相应的控制系统软件,运动控制系统,基于USB的通信系统及相关协议,FLASH存储及声音播放,传感器模块系统。该系统可以实现小型仿人机器人的运动控制,传感器信息集成和相应的功能。对开发完成的机器人系统进行了验证,证明了该控制系统的有效性和稳定性。
　　在此基础之上,针对小型仿人机器人目前运动示教所遇到的难度较大,程序繁琐等问题,提出了一种基于激光深度传感器的使用人体动作示教的方法。该方法根据人体动作,将人体关节角度映射至机器人关节角度,经过自由度裁剪和基于速度的有选择的均值滤波之后,使得使用者可以用动作对机器人进行示教。并且引入了在示教过程中的碰撞检测,提高机器人示教的安全性。设计的BIOROBO小型仿人机器人在多种场合经过了用户一段时间的使用,各功能模块进行了实验,得到了较为满意的结果。

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第一章 绪论

1.1 研究课题来源及背景意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容和章节安排

第二章 BIOROBO机器人控制器设计

2.1机器人功能目标

2.2 分布式机器人控制系统

2.3 BIOROBO嵌入式控制系统设计

2.3 本章小结

第三章 BIOROBO机器人软件系统

3.1嵌入式控制器软件系统

3.2外接传感器模块

3.3 BIOROBO STUDIO软件系统

3.4实验

3.5本章小结

第四章 基于激光深度传感器的仿人机器人动作示教

4.1BIOROBO机器人的三种示教方法

4.2激光深度传感器

4.3使用关节点数据完成仿人机器人示教

4.4实验

4.5本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 研究展望

参 考 文 献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文