变形轮机器人变形算法及控制方法的研究

摘要

目前移动机器人在民用和军用领域发挥着越来越大的作用，利用移动机器人代替人类执行高强度、高危险性的现场侦察任务也越来越成为一种趋势。在情况不明、人员无法进入的区域，选择具有较高通过能力的移动机器人对环境进行探测，可以最大限度的降低人员伤亡，显示出了极大的优越性，可以被广泛应用于灾难救援、军事侦察等领域。
　　本文主要内容是对变形轮机器人变形转换算法和运动控制技术进行研究，包括变形轮的变形机理，机器人的步态规划、变形转换、运动控制和基于模糊控制的自主避障等。
　　首先，介绍了变形轮机器人的样机，提出了控制系统的设计目标，重点分析了变形轮的变形机理;针对车轮可变形的特点，在分析了四足机器人的运动原理的基础上，对变形轮机器人的步态进行了规划，设计了其特有的对角步态和跳跃步态，提出了变形轮机器人的控制方案，为机器人的运动控制奠定了基础。
　　其次，针对变形轮机器人可以通过不同步态适应多种地面环境的特点，研究了车轮的变形算法和不同步态之间的转换方法。
　　再次，着重研究了变形轮机器人不同步态下的行走控制算法和转向控制方法;针对机器人自主漫游模式，研究了基于模糊控制的自主避障算法。
　　最后，设计了变形轮机器人的车载控制单元和远程操作单元，包括变形轮驱动模块、控制模块、感知模块和人机交互接口;在实现系统的基础上对系统的各个模块进行了调试，对机器人进行了运动控制实验，验证了系统工作的有效性。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 移动机器人的发展概况

1．2 国内外研究现状

1．2．1 轮式移动机器人

1．2．2 腿式移动机器人

1．2．3 履带式移动机器人

1．3 论文选题背景与意义

1．4 研究内容

2 车轮变形机理与步态规划

2．1 机器人样机

2．2 车轮变形机理

2．3 步态规划

2．3．1 四足机器人经典步态

2．3．2 变形轮机器人步态规划

2．4 控制系统方案设计

2．5 本章小结

3 车轮变形与步态转换算法研究

3．1 轮式步态转换为对角步态与跳跃步态算法

3．2 对角步态与跳跃步态转换算法

3．3 对角步态与跳跃步态转换为轮式步态方法

3．4 本章小结

4 运动控制方法研究

4．1 机器人行走控制算法

4．1．1 对角步态行走控制算法

4．1．2 跳跃步态行走控制算法

4．2 转向控制方法

4．2．1 差速转向原理

4．2．2 对角步态的转向控制方法

4．2．3 跳跃步态的转向控制方法

4．3 基于模糊控制的避障算法研究

4．3．1 输入输出模糊化

4．3．2 模糊控制规则

4．3．3 解模糊

4．4 本章小结

5 系统设计与实现

5．1 系统整体结构

5．2 驱动模块设计

5．2．1 驱动装置

5．2．2 驱动电路

5．2．3 变形测量电路

5．3 控制模块设计

5．3．1 控制器的选取

5．3．2 无线数传模块

5．4 感知模块设计

5．4．1 视频采集模块

5．4．2 超声波测距模块

5．5 人机交互接口设计

5．5．1 LabVIEW介绍

5．5．2 程序设计

5．5．3 操作界面设计

5．6 系统实验与分析

5．6．1 控制系统实验

5．6．2 步态转换实验

5．6．3 行走实验

5．6．4 转向实验

5．6．5 避障测试

5．7 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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