轮腿复合式机器人控制系统设计及越障分析优秀本科毕业论文.doc

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1、工学硕士学位论文轮腿复合式机器人控制系统设计及越障分析CONTROLSYSTEMDESIGNANDOBSTACLE-CLIMBINGANALYSISFORALEG-WHEELEDMOBILEROBOT孙鹏飞哈尔滨工业大学2011年6月国内图书分类号：TP242.2学校代码：10213国际图书分类号：621.865.8密级：公开工学硕士学位论文轮腿复合式机器人控制系统设计及越障分析硕士研究生：孙鹏飞导师：杜志江教授申请学位：工学硕士学科：机械电子工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2011年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP242.2U.D

2、.C:621.865.8DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringCONTROLSYSTEMDESIGNANDOBSTACLE-CLIMBINGANALYSISFORALEG-WHEELEDROBOTCandidate：SunPengfeiSupervisor：Prof.DuZhijiangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechatronicsEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineering

3、DateofDefence：June,2011Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要在现代战争中，各国都在尽力追求“零死亡”，在达到预期的军事目的情况下，要求伤亡率降到最低。在这种军事需求的牵引下，无人部队，包括无人飞机、无人地面武器搭载平台等将成为未来战争中的一支重要的力量。本文结合实验室项目“轮腿复合式机器人”，初步完成了以下的研究工作：首先完成了轮腿复合式机器人控制系统的设计、安装以及调试工作。该机器人采用六套轮腿机构，每套轮腿机构分别由摆腿电机和行走电机控

4、制机器人摆腿和车轮的运动。控制系统分为嵌入式计算机控制系统和运动控制器。嵌入式计算机控制系统实现机器人平面运动及越障算法，生成电机运动指令，如速度、位置等信息；运动控制器完成电机的运动控制，包括速度PID和位置PID等，二者采用CAN总线通信。其次完成了轮腿复合式机器人运动学建模及分析。机器人的运动学分为两部分：平面行驶运动学和空间位姿运动学。平面行驶运动学中，建立了机器人差速转向的运动学模型，设计运动轨迹分析机器人车轮的速度分布。空间位姿运动学中，建立了机器人通用的空间运动学模型和质心运动学模型，并且针对机器人在越障过程中会出现的特殊姿态，简化了通用的质心运动学模型，得

5、到不同的特殊姿态下的质心运动学模型，为机器人的越障稳定性控制提供了依据。再次完成了轮腿复合式机器人针对典型障碍的越障分析。针对垂直障碍、壕沟障碍、斜坡障碍三种典型障碍，分析了机器人的越障能力，规划了机器人的越障动作，提出了综合考虑越障裕度、越障安全及越障稳定性的优化方法，对机器人的越障姿态进行数值优化。在ADAMS中对所规划的机器人越障动作进行虚拟仿真，验证了所规划越障动作的正确性。最后，编制了控制机器人的人机交互界面，完成了机器人平面行驶运动学及越障实验，验证了本文提出的机器人控制理论的正确性。关键词：轮腿复合式机器人；质心运动学；越障分析；运动控制I哈尔滨工业大学工学

6、硕士学位论文AbstractInmodernwars,everycountryistryingtoachieve―zeromortality.Thecasualtyisrequiredtobeaslowaspossiblewiththeexpectedmartialpurposeachieved.Duetosuchmilitaryneed,unmannedtroops,includingunmannedaerialvehicleandunattendedgroundweaponplatform,willbecomeanimportanceforceinfuturewarf

7、are.Thispapercompletesthefollowingresearchwiththelaboratoryproject―leg-wheeledrobot.Firstly,thedesign,assemblyanddebuggingoftheleg-wheeledrobotiscompleted.Therobotusessixsetsofwheel-legdevice;themovementofthelegsandwheelsareseparatelycontrolledbylegmotorandmotionmot