论文摘要
本论文来源于国家自然科学基金项目“两栖仿生机器蟹基础技术研究”。以建立一个对复杂地形高度适应、性能可靠、并具有两栖环境下活动能力的小型移动机器人平台为目标,对两栖仿多足机器人的机械结构、基于DSP的控制系统、水陆两栖环境下通讯及定位系统、定位算法和相关硬件设计方面做了以下研究:首先,作者对国内外多足步行仿生机器人的研究情况进行了分析,尤其是多足机器人的机械结构进行研究,根据两栖多足机器人工作环境的需要,从仿生设计思想出发,对机器人进行合理的自由度布置。设计出具有姿态可变、适应水下环境能力强、电机布置结构紧凑的两栖多足机器人机械样机。针对此机器人的两栖工作环境,提出了两栖多足机器人的总体通讯技术方案,并分别对陆地及水下两种环境的通讯技术进行研究,分析了常见的陆地及水下通讯技术的优缺点,得出适用于两栖多足机器人的无线及水声通讯技术,并提出了相应算法。从机器人的特点出发,结合分层递阶控制思想,进行了基于TMS320F2812的通讯系统模块硬件设计,CAN总线接口模块的软硬件设计,GPS信号接收系统的软硬件设计等,对系统中的其它模块也作了相应的研究。研究了多足机器人的定位技术,提出了基于GPS的绝对定位技术和基于码盘的陆地相对定位技术相结合的总体定位方案。并对水下水声通讯技术进行研究,分别提出了针对GPS信号处理和水声定位的相应算法。设计出基本的软硬件结构。
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摘要Abstract第1章 绪论1.1 课题研究的背景及意义1.2 国外多足机器人发展概况1.2.1 国外多足步行机器人研究现状1.2.2 国内多足仿生机器人发展现状1.3 两栖环境下通讯及定位技术概述1.3.1 两栖多足机器人的关键技术1.4 本文的主要内容第2章 两栖多足机器人总体设计2.1 引言2.2 前四型两栖多足机器人概述2.2.1 第一型两栖多足机器人样机2.2.2 第二型两栖多足机器人样机2.2.3 第三型两栖多足机器人样机2.2.4 第四型两栖多足机器人样机2.3 可变姿态两栖多足机器人机构设计2.3.1 可变姿态两栖多足机器人样机2.4 可变姿态两栖多足机器人机械本体设计2.4.1 单向输入双向输出的涡轮蜗杆传动设计2.4.2 可变姿态躯体架结构设计2.4.3 适于两栖环境生存的扁平腿部设计2.4.4 可变姿态两栖多足机器人复合足结构设计2.5 两栖多足机器人控制系统功能及结构2.5.1 两栖多足机器人感知模块构成2.5.2 GPS定位方案2.6 本章小结第3章 两栖多足机器人通信技术研究3.1 引言3.2 水下通讯技术研究3.3 声传播的物理特征3.4 基于DSP的水下通讯控制技术3.4.1 系统工作原理3.4.2 两栖多足机器人水下通讯控制技术3.4.3 两栖多足机器人水下控制系统设计3.5 基于CAN总线的机器人内部通信系统设计3.5.1 CAN通信的硬件设计3.5.2 CAN通信的软件设计3.6 无线数传模块设计3.7 本章小结第4章 两栖多足机器人定位技术研究4.1 引言4.2 常用的机器人定位技术4.2.1 单个机器人定位技术4.3 两栖多足机器人的总体定位方案研究4.4 基于GPS的绝对定位技术研究4.4.1 GPS定位原理4.5 GPS导航系统的软件设计4.5.1 GPS数据的采集4.5.2 GPS数据的坐标转换4.6 两栖多足机器人水下定位技术研究4.6.1 水下定位原理4.6.2 水下定位算法4.7 两栖多足机器人陆地相对定位技术研究4.7.1 基于光电编码器测距的相对定位分析4.7.2 相对定位技术算法4.8 超声波测距原理4.8.1 两栖超声波传感器组成及工作原理4.9 本章小结第5章 两栖多足机器人通讯及定位系统硬件设计5.1 GPS定位系统总体设计5.2 GPS导航系统硬件设计5.2.1 GPS定位模块的选择5.2.2 相对定位系统硬件设计5.3 两栖超生波测距模块硬件电路5.3.1 超声波传感器探头5.3.2 位姿感知方案及模块组成5.4 两栖多足机器人的供电系统5.5 GPS系统的仿真框架与构成5.5.1 GPS信源的仿真5.5.2 GPS信道的仿真5.5.3 GPS接收机的仿真5.5.4 GPS系统仿真的实现5.5.5 GPS系统仿真结果与分析5.6 本章小结结论参考文献攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果致谢
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