六足机器人步态规划及自主导航系统的研究与设计

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六足机器人作为机器人研发领域中的新起之秀,具有承载能力强、稳定性能良好、非结构环境下适应能力显著的优点,近些年来被广泛地应用于多个领域。本文选择六足机器人作为研究对象,从其结构特点出发,研究了六足机器人的步态规划策略和自主导航算法,设计了六足机器人的步态控制系统、自主导航控制系统及远程遥控系统。针对未知环境中六足机器人的自主导航问题,本文提出了一种基于模糊神经网络的自主导航算法,并将此算法利用C语言进行了重建,集成到了六足机器人的自主导航控制系统中。本文从以下几个方面进行研究:1、本文研究了六足机器人的步态规划策略。详细介绍了六足机器人几种典型的步态规划,分别为三、四、五足步态、定点转弯步态以及自由步态。从机器人行进速度及稳定性两方面对这几种步态规划进行了比较,选取平坦地形环境中的三足步态和崎岖地形环境中的自由步态作为本文六足机器人控制系统的行进步态。2、本文研究了六足机器人的自主导航算法。提出了基于模糊神经网络的六足机器人自主导航闭环控制算法,算法融合了模糊控制的逻辑推理能力与神经网络的学习训练能力,并引入闭环控制方法对算法进行优化。3、本文设计了六足机器人的步态控制系统。六足机器人步态控制系统采用ARM7内核LPC2148作为主控芯片,由传感器层、主控层、驱动层和能源层这四个模块组成。详细介绍了各组成模块的元件选择、电路设计及功能设计。4、本文设计了六足机器人的自主导航控制系统。对六足机器人导航避障模型进行分析,在此基础上设计了由呈扇形扫描状态的超声波传感器、GPS定位传感器和电子罗盘传感器组成的环境感知器,实现对机器人周围环境信息及位置信息的感知。依据所提出的六足机器人自主导航闭环控制算法设计了六足机器人自主导航控制系统,实现了在复杂未知环境中对六足机器人的自主导航控制。5、本文设计了六足机器人的远程遥控系统。六足机器人的远程遥控系统采用电容触摸屏和上位机界面两种显示控制方式,具有良好的人机交互界面,实现了实时地远程监控机器人状态和下达机器人执行指令的功能。6、本文对六足机器人控制系统进行了实验。实验结果证明了本文设计的六足机器人步态控制系统、自主导航控制系统及远程遥控系统的可行性和实用性。
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