基于多传感器系统的机器人运动规划

论文摘要

仿人步行机器人与轮式、爬行式和履带式等移动机器人相比,有着更好的环境适应性,本文以ROBONOVA-1仿人足球机器人为实验平台,结合多传感器系统,重点研究了基于多传感器系统的仿人机器人复杂运动规划。步态规划是仿人机器人研究的关键技术之一,针对ROBONOVA-1仿人型机器人的系统结构,在运动学建模的基础上,为实现仿人机器人的稳定步行,详细分析了基于重心/零力矩点的仿人机器人步行运动规划方法,结合人类步行方式,采用基于重心控制分步设计的方法,设计了仿人机器人静态步行算法。为实现仿人机器人的直线前进,设计了仿人机器人的左移右移左转右转等基本算法,在静态步行的基础上设计了基于ZMP点的仿人机器人动态步行算法。基于短跑比赛的要求,为保证仿人机器人的快速直线前进,通过指南针传感器的数据反馈校正机器人的步态;针对单一传感器测量结果的不确定性,通过超声波传感器和红外传感器优缺点互补,使机器人能准确感知障碍物信息;针对仿人机器人的多传感器系统,应用实验的方法,分析了传感器误差产生的原因,针对机器人短跑运动规划算法进行了实验与分析。基于举重比赛要求,通过改变ROBONOVA-1仿人机器人体系结构,对机器人慢速前进算法进行改进,通过基于重心分步设计方法,设计完成了机器人的举重算法。对于机器人投篮比赛,充分利用机器人的结构特性,给出了机器人在三分线以外投篮的算法。初步研究设计了基于倾斜传感器数据反馈的机器人穿越高低不平地面的动作规划,并给出了相应算法。最后对机器人的复杂运动规划算法进行了实验与分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 机器人技术简介
• 1.2 仿人机器人优点及国内外研究现状
• 1.2.1 仿人机器人优点
• 1.2.2 国内研究现状及分析
• 1.2.3 国外研究现状及分析
• 1.3 研究目的和意义
• 1.4 本文主要研究内容和工作
• 第2章 仿人机器人系统结构设计
• 2.1 机器人硬件系统
• 2.1.1 机器人总体结构设计分析
• 2.1.2 机器人控制器
• 2.2 机器人软件系统
• 2.2.1 基本框架
• 2.2.2 系统开发语言
• 2.3 机器人传感器系统
• 2.3.1 测距传感器
• 2.3.2 指南针传感器
• 2.3.3 倾斜传感器
• 2.4 本章小结
• 第3章 仿人机器人数学模型及步行稳定性分析
• 3.1 仿人机器人运动数学模型
• 3.1.1 单腿支撑阶段运动模型
• 3.1.2 双腿支撑阶段运动模型
• 3.2 仿人机器人步态规划稳定性分析
• 3.2.1 步态规划基本方法
• 3.2.2 重心地面投影点与零力矩点
• 3.2.3 仿人机器人步行稳定性分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 复杂运动规划
• 4.1 引言
• 4.2 投篮运动规划
• 4.2.1 慢速前进动作规划
• 4.2.2 左移右移动作规划
• 4.2.3 投篮运动规划
• 4.3 短跑运动规划
• 4.3.1 快速前进与后退运动规划
• 4.3.2 左转右转运动规划
• 4.3.3 短跑运动规划
• 4.4 举重运动规划
• 4.4.1 抬举双臂运动规划
• 4.4.2 改进的慢速前进算法
• 4.4.3 举重运动规划
• 4.5 机器人穿越高低不平地面运动规划
• 4.6 本章小结
• 第5章 复杂运动规划实验
• 5.1 机器人投篮实验
• 5.2 机器人短跑实验
• 5.3 机器人举重实验
• 5.4 穿越高低不平地面实验
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢