软体爬行机器人状态识别及控制研究.pdf

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1、工学硕士学位论文软体爬行机器人状态识别及控制研究RESEARCHONSTATUSRECOGNITIONANDCONTROLOFSOFTREPTILEROBOT郭祥哈尔滨工业大学2018年7月国内图书分类号：TH138.9学校代码：10213国际图书分类号：621.5密级：公开工学硕士学位论文软体爬行机器人状态识别及控制研究硕士研究生：郭祥导师：李军副教授申请学位：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：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TH138.9U.D

2、.C.:621.5DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONSTATUSRECOGNITIONANDCONTROLOFSOFTREPTILEROBOTCandidate：GUOXiangSupervisor：AssociateProf.LIJunAcademicDegreeAppliedfor：MasterofScienceinEngineeringSpeciality：MechatronicsEngineeringAffiliation：Schoo

3、lofMechatronicsEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要软体机器人本体大多由柔性材料组成，是一种新型机器人。本文研究对象是一种六足式的软体爬行机器人，六足由硅胶浇筑而成，躯干结构为3D打印制成，采用气压驱动，六足协调摆动使机器人平稳运动，类似于仿生的“千足虫”。本文主要对该类软体爬行机器人的传感、状态识别以及控制三个方面进行研

4、究，建立一个较为完善的传感系统，对其姿态、环境信息以及运动状态进行识别，在其基础上完成软体爬行机器人控制的优化，并进行实验方面的验证。根据软体爬行机器人状态识别所需的信息，对适用于柔性结构的传感器进行研究，由于软体机器人自身材料的特殊性，需考虑嵌入到机器人本体的材料不影响机器人本体性能，对比导电硅胶，导电橡胶两种不同的方案，确定导电橡胶归为合适。由于机器人状态的复杂性，单一传感器难以得到准确的状态信息，建立了多传感器系统，为后续机器人状态识别做准备。本文中软体爬行机器人状态的识别主要包括机器人的姿态、环境路面以及

5、运动状态三个方面的识别，为后续机器人控制的优化提供信息的支持。由于软体爬行机器人的状态信息与传感器数据对应关系复杂，为非线性关系，采用了多传感器神经网络的方法，对软体爬行机器人姿态信息进行识别；环境路面的识别采用图像处理与模式识别技术，利用视觉传感器获取路面图像，提取路面特征信息，并建立神经网络分类器，能够准确地识别沙地、草地、碎石地以及土地四种路面，软体爬行机器人的运动信息识别利用GPS与惯性导航融合的方法。软体爬行机器人的控制方法基于序贯决策。根据上述识别的机器人状态信息，调节机器人的控制参数，使机器人能够快

6、速稳定的行走。控制参数有：机器人运动步态、充气压力以及摆腿频率，评价参数为机器人运动速度和运动效率，优化目标为使机器人在75%的运动效率以上，运动速度达到最快。建立整个软体爬行机器人的信息采集系统，姿态、运动状态以及环境识别系统和机器人控制系统，并搭建机器人运动环境的模拟沙盘，分别进行数据的采集以及验证各个系统的可行性、稳定性，并确定机器人控制优化的结果。关键词：柔性机构传感器；姿态识别；神经网络；序贯决策I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractThesoftrobotisanewkindofrobotw

7、hichisalmostmadeofflexiblematerials.Inthispaper,akindofsix-leggedsoftreptilerobotisstudied,itsfeetardmadeofsiliconeandbodyismadeof3Dprinting,thisrobotispneumatic.Thispapermainlystudiesthesensing,staterecognitionandcontrolofthiskindofsoftreptilerobot,Wesetupar

8、elativelyperfectsensorsystem,andwehaveoptimizedthecontrolofthesoftwarereptilerobotandverifieditexperimentallybasedongettingthemessageofthestateofsoftreptilerobot.Accordingtotheinformation