带视觉和听觉的仿生六足机器人结构优化与控制研究

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1、硕士学位论文带视觉和听觉的仿生六足机器人结构优化与控制研究STRUCTUREOPTIMIZATIONANDCONTROLOFABIONICHEXAPODROBOTWITHVISUALANDAUDITORYSENSORS黄志雄哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TP242.6学校代码：10213国际图书分类号：621.7密级：公开工学硕士学位论文带视觉和听觉的仿生六足机器人结构优化与控制研究硕士研究生：黄志雄导师：徐文福申请学位：工学硕士学科：机械电子工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2

2、015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP242.6U.D.C:621.7DissertationfortheMasterDegreeofEngineeringSTRUCTUREOPTIMIZATIONANDCONTROLOFABIONICHEXAPODROBOTWITHVISUALANDAUDITORYSENSORSCandidate：ZhixiongHuangSupervisor：WenfuXuAcademicDegreeAppliedfor：Master’

3、sDegreeofEngineeringSpeciality：MechatronicEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology3Abstract摘要近年来，六足机器人的研究取得了很大进展，并获得了一些实际应用，然而，从仿生的角度来讲，现有的六足机器人并未表现出体型小，质量轻，运动灵活且具有高

4、载荷比（负载能力和自身重量的比值）的特点，严重地制约了六足机器人的应用和推广；另外，在智能感知和控制方面，功能也比较单一。本文以提高机器人的载荷比及智能性为主要目标，开展六足仿生机器人系统的优化设计，基于优化的结果研制带有视觉及听觉的样机，并开发其控制系统，开展实验研究。根据功能及性能指标的要求，从仿生的角度设计了一种六足机器人系统结构，建立了单腿的运动学与动力学模型。推导了载荷比计算公式，分析了结构参数、腿部构型等对机器人载荷比的影响规律，从而确定了保证高载荷比的腿部结构参数及标称构型。在上述

5、优化的基础上，进行部件选型及系统详细设计及机械加工，并集成了视觉及语音识别模块，以提高机器人的环境感知与人机交互能力。本文还开发了机器人的嵌入式控制系统及上位机操作软件。控制器采用STM32系列微控制器，在其上移植了嵌入式实时操作系统RT-Thread，以提高机器人控制器的数据处理能力。上位机软件是基于目前流行的机器人操作系统ROS(RobotOperatingSystem)上开发的，实现了仿生六足机器人的语音控制、基于颜色的物体跟随和基于点云库的物体跟随等功能。嵌入式控制器与上位机之间采用WI

6、FI进行通信，事实表明，这样的通讯方式，其传输速度和准确性都非常好。将机械、电气及控制等子系统集成后，研制了仿生六足机器人系统的样机，并进行了一系列的实验，包括基本运动能力实验、语音控制实验、基于颜色的物体跟随实验、人体跟随实验和载重测试实验等。实验表明，本机器人的运动能力和控制实时性都非常好，在载重方面，目前机器人的载重比可以达到1.02，通过提升机器人电源的供电能力并优化步态，还可进一步提高其载重比。关键词：仿生六足机器人；机器人操作系统；嵌入式操作系统；高载荷比；结构优化IAbstract

7、AbstractTheresearchofbionicsix-leggedrobothasaccomplishsuchagreatprogressintheseyears,butintermsofbionics,theexistingsix-leggedrobothasnotshowntheinsectsfeaturesofflexiblemovementcapacityandhighpayload-weightratio(theratioofpayloadanditsownweight),wh

8、ichseriouslyconstraintstheapplicationandpopularizationofsix-leggedrobot.Therefore,itisveryimportanttoimprovethepayload-weightofhexapodrobots.Ontheotherhand,theapplicationofbionicsix-leggedrobotalsodependsonthedevelopmentofitsintelligentcontrolsystem,