振动环境下足式机器人姿态获取方法

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1、万方数据中图分类号!呈2垒2：鱼UDC621．3硕士学位论文学校代码!Q5三三密级公珏振动环境下足式机器人姿态获取方法TheMethodofAttitudeAcquisitionforWalkingRobotunderVibrationEnvironment作者姓名学科专业研究方向学院(系、所)指导教师副指导教师：刘仁辉：控制科学与工程：机器人导航、信号处理：信息科学与工程学院：何勇教授：陈鑫副教授论文答辩日期望单妄：垃答辩委员会中南大学二零一四年五月万方数据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

2、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。作者签名：—立婵日期：_2吐年上月丑日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》，并通过网络向社会公众提供信息服务。作者签名：避导师签名举互孚日期

3、：丝年勘4曰万方数据振动环境下足式机器人姿态获取方法摘要：针对足式机器人在运动规划及姿态控制中对高精度本体姿态数据的需求，本文设计了针对足式机器人惯性导航设备高精度姿态数据检测及获取方法。该方法能够针对振动环境下微机械陀螺仪输出的随机误差进行补偿，为机器人本体协调规划层提供实时可靠的本体姿态数据，为机器人的平衡控制提供保证。首先对足式机器人中典型代表四足机器人工作环境中的振动源进行分析，搭建模拟振动平台，了解微机械陀螺仪基本测量原理，设计姿态数据获取方案，为微机械陀螺高精度姿态数据获取方法提供基本保证。其次针对振动环境下微机械陀螺仪数据采集设计合理的原始数据采集系统，分析微机械陀螺仪在通

4、常情况下的随机误差模型以及其表现形式，利用Allan方差分析方法和离散时域傅里叶变换信号分析方法，对振动下微机械陀螺仪数据输出进行随机误差辨识和频谱分析，为后续的随机误差建模提供基础数据。然后针对振动环境下采集的陀螺仪原始样本数据进行时间序列建模，对样本数据进行趋势项、平稳性以及正态分布检测，提高数据驱动建模精度，根据AIC和FPE建模准则，对样本数据建立ARMA预测模型，通过与实际输出数据比较，验证预测模型的精度。最后利用建立的ARMA预测模型，结合卡尔曼滤波方法，对微机械陀螺仪输出角度信息进行补偿，通过对比姿态角度解算结果，验证卡尔曼滤波方法能够有效的提高微机械陀螺仪输出姿态角度精度

5、。关键词：足式机器人；微机械陀螺仪；Allan方差分析；时间序列建模；卡尔曼滤波分类号：TP242．6万方数据TheMethodofAttitudeAcquisitionforWalkingRobotunderVibrationEnvironmentAbstract：WalkingrobotneedsHighaccuracyattitudeforitsmotioncontrolandplanning．Thispaperdesignsamethodtoacquirehighaccuracyattitudedatabyinertialnavigationequipmentforwalking

6、robot，thismethodcouldcompensatetherandomerrorofmicromechanicalgyroscopeundervibrationenvironment，atthesametime，italsocouldprovidereliableattitudedataforthequadrupedbionicrobotandhelpbalancetherobot．Firstofall，thispaperanalysisthequadrupedrobot’Svibrationsourceswhichisatypicalrepresentativeofwalki

7、ngrobot．Andnextweanalysisthemicromechanicalgyroscopeincludingitsbasicstructureanditsprocessofproduction，bythatway,weknowitsmeasurementprincipleandacquirethebasickineticequation．Thispaperalsoanalysisthevibrationenvironm