基于gpssins组合导航的四足机器人本体姿态估计方法研究

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1、中图分类号!￡2垒2：鱼UDC681．5硕士学位论文学校代码!Q53三密级公开基于GPS／SINS组合导航的四足机器人本体姿态估计方法研究QuadrupedRobotBodyPostureEstimationMethodsResearchBasedonGPS／SINSIntegratedNavigation作者姓名：周望军学科专业：控制科学与工程研究方向：机器人技术和组合导航技术学院(系、所)：信息科学与工程学院指导教师：曹卫华教授陈鑫副教授论文答辩日期丝旦垒』B塑答辩委员会主席中南大学二O一三年五月原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的

2、研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者躲避嗍迎年』月华学位论文版权使用授权书本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会

3、公众提供信息服务。日期：丑年互月蜱日基于GPS／SINS组合导航的四足机器人本体姿态估计方法研究摘要：四足机器人具有较强的机动性能和承载能力，以及较强适应复杂路况环境的能力，使得其在军事侦查、反恐防暴以及工程探险等诸多特种环境下具有广泛的应用前景，对四足机器人本体姿态进行的研究，为机器人规划协调层的路径规划、步态生成、平衡控制等具有重要的工程实际价值及意义。本文通过对四足机器人的机械部件结构及行走运动机理进行分析，以四足机器人本体为研究对象，对机器人本体姿态进行估计。在分析四足机器人的运动特性及控制系统驱动方式后，研究了基于捷联惯导的四足机器人本体姿态解算和基于组合导航的四足

4、机器人本体姿态估计方法。首先，建立四足机器人本体的几何结构模型，又由载体坐标系，东北天地理坐标系以及导航坐标系三者之间相互关系，推导出载体坐标与导航坐标之间的捷联转换矩阵。然后，根据四足机器人状态感知系统协调规划层的需求，结合机器人本体几何结构模型，研究基于捷联惯性导航对四足机器人本体姿态进行解算，通过四元数实时计算，得出机器人本体速度、位置以及姿态的实时计算模型，从而计算出机器人本体的速度、位置信息以及机器人本体航向角、俯仰角、翻滚角的姿态信息。再次，在捷联惯性导航计算模型的基础之上，基于GPS／SINS组合导航的方式，采用扩展卡尔曼滤波算法，对四足机器人本体姿态进行了估计

5、，通过建立组合导航估计的状态方程和量测方程，建立机器人本体组合导航估计模型。最后，为验证本文所提的基于组合导航的机器人本体姿态估计方法，以惯导设备所采集的数据进行仿真，验证了本文所提基于组合导航姿态估计方法的有效性和适用性。关键词：四足机器人；姿态估计；捷联惯性导航；组合导航分类号：TP242．6QuadrupedRobotBodyPostureEstimationMethodsResearchBasedonGPS／SINSIntegratedNavigationAbstract：Withthestrongmaneuverabilityandcarryingcapacity,

6、andstrongabilitytoadapttocomplexroadenvironment，Quadrupedrobothasapromisingfutureandwidelyusedinreconnaissance，anti-terrorismanti．riot，engineeringexploration，andmanyotherspecialcircumstances，whichmeanstheresearchonquadrupedrobotbodyposturehasimportantpracticalvalueandsignificancefortherobot

7、icpathplanning，gaitgeneration，balancecontrolandSOon．Inthispaper,throughtheanalysisofthemechanicalpartsstructureandmotionmechanismofquadrupedrobot，therobotbodypostureisestimatedwithquadrupedrobotasresearchobject．Onthebasisoftheanalysisonmotioncharacterist