仿生液压四足机器人多传感器检测与信息融合技术研究

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我国西部地区地形复杂、道路崎岖,在该地区进行军事行动、资源勘探或货物运输时,传统的履带式或轮式移动平台很难正常工作。与传统的履带式或轮式移动平台相比,仿生液压四足机器人因落足点可以灵活选择,路径规划易于实施,且具有较强的动力和机动性能,可以很好地适应非结构化的地形条件,同时,由于搭载了丰富多样的传感器,机器人能够出色地应对动态多变的外部环境,为在复杂地形条件下开展军事行动、资源勘探或货物运输提供了解决方案。本文以某仿生液压四足机器人的实际应用为研究背景,设计了仿生液压四足机器人多传感器检测系统,并对传感器的信息进行融合处理,旨在提高该机器人对复杂动态环境的适应能力。本文首先陈述了项目立项时提出的技术指标,分析了仿生液压四足机器人的结构设计特点,以了解机器人的具体情况,并依据技术指标中步频、行走速度等与检测密切相关的核心参数对主要传感器进行选型;其次,根据项目的技术指标和检测对象的特点,提出传感检测系统的总体设计方案,方案确定以STM32F103RBT6为系统的主控芯片,通过对常见串口通信方式的比较,选取UART串口通信作为检测系统和机器人主控系统之间的信息传输方式;再次,在提出传感检测系统总体方案的基础上,进行硬件设计和软件设计,在硬件设计部分,给出硬件设计的总体方案,并在总体方案的框架下,进行主控芯片最小系统设计、ADC电路设计、传感器电路设计和UART串口通信电路设计;同样地,在软件设计部分,给出软件设计的总体架构,并在总体架构下,进行ADC模块软件设计、传感器模块软件设计和UART串口模块软件设计;最后,在完成以上工作的基础上,对检测得到的传感器信息进行预处理、存储和传输,并通过实验予以验证,保证机器人实时、准确、全面地掌握其所处的环境信息,为机器人正常工作提供信息支撑。在检测系统中完成信息采集、预处理、存储和传输后,在机器人的主控系统中对得到的多传感器信息进行融合处理,机器人上搭载的双目视觉传感器是机器人适应动态复杂工作环境的不可或缺的重要器件,但是双目视觉传感器得到的距离信息因基线短而致使精度低,机器人上搭载的超声波测距传感器测距精度虽高,但信息维度较为单一,将两种传感器互补使用则能有效增加信息量,满足融合条件且融合价值高。本文对双目视觉传感器和超声波测距传感器获取的距离信息进行融合处理,在保证双目视觉传感器信息丰富性的基础上,达到利用超声测距传感器提高双目视觉传感器测距精度的目的,为仿生液压四足机器人的实际应用奠定了技术基础。
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