六足机器人控制系统设计

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1、硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION论文题目六足机器人控制系统设计作者姓名李程学位类别工程硕士指导教师王洪斌教授2016年5月中图分类号：TP242.3学校代码：10216UDC：621.3密级：公开工程硕士学位论文(工程设计)六足机器人控制系统设计硕士研究生：李程导师：王洪斌教授副导师：孙景宽高工申请学位：工程硕士工程领域：控制工程所在单位：电气工程学院答辩日期：2016年5月授予学位单位：燕山大学ADissertationinControlEngineeringDESIGNONCONTROLSYSTEMOFHEXAPODROBOTbyLiChengSupervis

2、or:ProfessorWangHongbinYanshanUniversityMay,2016燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《六足机器人控制系统设计》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日期：年月日摘要摘要随着社会的不断发展，结构化环境下的定向工作已经不能满足社会的需要，非结构环境下的自主工作成为了机器人研究领域的新方向。多足机器人在非结

3、构环境中，仍然可以找到最佳立足点，良好的稳定性和机动性也使其成为了当今机器人研究领域的重点。本课题围绕一款仿蜘蛛型六足机器人进行研究，建立了它的运动学模型，设计了基于蓝牙技术的控制系统，分析了六足机器人的静态稳定性，并在此基础上在MATLAB环境中进行了基于逆运动学的位姿控制。首先，建立了六足机器人的运动学模型，从摆动腿串联机构和支撑腿并联机构分别推导出正、逆运动学方程，同时分析了足端点线速度与关节旋转角速度之间的雅克比矩阵，并利用仿真实验验证了所求方程的正确性。其次，基于蓝牙技术设计了六足机器人智能化控制系统，通过硬件基础、通信系统和软件编辑三个方面设计，实现了手机与六足机器人之间

4、的无线通讯。以手机作为控制系统的命令发送端，便可以控制六足机器人以多种步态完成前进、转弯和后退等运动。再次，在运动学模型基础上，分别推导了机器人机身旋转角度与支撑腿关节旋转角度以及机体步长与支撑腿关节旋转角度之间的逆运动学关系，然后分析了其静态稳定性，并在机体保持稳定的前提下，用两种方法求得最大步长，为六足机器人的位姿控制奠定了理论基础。最后，利用MATLAB对六足机器人进行位姿控制。根据目标地点的坐标，选择合适的步长或旋转角度，MATLAB计算出对应的舵机旋转角度，并以串口通讯的方式将控制程序发送给Arduino舵机驱动板，进而带动舵机旋转，实现六足机器人的位姿控制。关键词：六足机

5、器人；蓝牙技术；Arduino；运动学模型；位姿控制；静态稳定性-I-AbstractAbstractWiththecontinuousdevelopmentofsociety,directionalworkunderstructuredenvironmentcannotsatisfytheneedsofsociety,independentworkunderunstructuredenvironmenthasbecomeanewdirectioninthefieldofroboticsresearch.Eveninthefaceofruggedtopography,multi-le

6、ggedrobotcanstillfindtheoptimalfoothold,itsexcellentstabilityandmobility,makingittobethekeypointintherobotfieldcurrently.Thisprojectcarriesoutresearchonspider-likehexapodrobot,andsetsupitskinematicsmodel,designsacontrolsystembasedonbluetoothtechnology,analyzesthestaticstabilityofhexapodrobot,an

7、dbasedonthis,itusesMatlabsoftwaretocarryonpositioncontrolbasedoninversekinematics.First,itestablisheskinematicsmodelofhexapodrobot,fromtheswinginglegsserialmechanismandsupportinglegsparallelmechanismtodeducepositiveandinversekinem