轮式家庭服务机器人的移动控制设计与研究

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1、…＂＂一一硕±学位论文ＭＡＳＴＥＲＴＨＥＳＩＳ超睐ｍ换换山ｗｍ＇；弘ｆ（辱兵‘：论文题目轮式家庭服务机器人的移动控制设计与研究学科专业控制科学与工程．ｔ１，。Ｉ学号２０１３２１０７０４４０，Ｉ－作者姓名秦晦Ｊ师胡江平教授Ｉ指导教Ｉ独剑性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进巧的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加标注和致谢的地方夕ｈ论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与

2、我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：泉婷日期：＞＾月２５日／《年论文使用授权本学位论文作者完全了解电予科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可＾＾将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可＾＾采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名；导师签名：《间化＾日期；＞年＾月：ｋＴ日／《分类号密级注1UDC学位论文

3、轮式家庭服务机器人的移动控制设计与研究（题名和副题名）秦晖（作者姓名）指导教师胡江平教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业控制科学与工程提交论文日期2016.4.19论文答辩日期2016.5.16学位授予单位和日期电子科技大学2016年6月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。DESIGNANDRESEARCHOFMOVEMENTCONTROLOFWHEELEDFAMILYSERVICEROBOTAMasterDissertationSubmittedtoUniversityofElectronicSciencean

4、dTechnologyofChinaMajor:ControlScienceandTechnologyAuthor:HuiQinAdvisor:Prof.JangpingHuSchool:SchoolofAutomationEngineering摘要摘要服务机器人因其工作场所和功能的不同被分为多种类型，而家庭服务机器人凭借其缓解老龄化问题的能力以及其发展所带来的极大社会经济效益，快速地获得社会及家庭的关注和青睐，因此关于家庭服务机器人研究具有极高的意义。本文的研究内容是以电子科技大学机器人研究中心重点项目《智能家庭服务机器人的开发与研究》为依托，围绕中心自主搭建的轮式家

5、庭服务机器人SRU，基于底盘和躯干结构特点，构建移动控制架构，同时结合底盘与躯干移动特性和目标，设计满足需求的控制器。首先本文对轮式家庭服务机器人的平台进行简单设计，设计全向轮底盘下肢和两自由度可弯曲躯干结构作为仿人形机器人SRU的基本结构。并在此基础上设计移动控制构架，该架构为分布式三层结构：MiniPC上位机作为最上层进行计算决策，制定各种移动控制指令；底盘移动嵌入式硬件控制器和躯干移动嵌入式硬件控制器作为中间层，负责控制底层执行机构和处理传感器信息；驱动电机和传感器组为底层控制，实现机器人移动和信息处理的执行组件。控制构架设计使用嵌入式实时操作系统μC/OS-II

6、I管理控制架构软硬件，并在此基础上设计和规划家庭服务机器人的移动任务，完成控制系统的通信链路搭建。接着本文展开对自主搭建的轮式家庭服务机器人底盘移动控制的设计与研究究。基于D-H法和牛顿定律分别建立底盘移动的运动学、位姿运动学和动力学数学模型，获取底盘轮子速度与底盘平面移动速度的关系，底盘平面移动速度、加速度和电机力矩的关系。本文结合实验室现有条件，基于机器人位误差运动学模型设计实现机器人平面移动轨迹跟踪的模糊PID控制器，并通过MATLAB仿真进行验证，设计的控制器具有令人满意的效果，能够控制机器人底盘移动跟踪期望轨迹轨迹。最后本文围绕轮式家庭服务机器人的躯干移动控制

7、进行设计与研究。采用D-H法分析建立躯干移动的运动学模型，采用拉格朗日方法对躯干建立动力学模型。为减少躯干系统参数不确定性对躯干关节移动轨迹跟踪的影响，本文基于动力学模型设计自适应控制器，实现对系统未知参数的动态补偿，并用Lyapunov理论验证了躯干移动系统的稳定性。仿真与实验结果表明，该自适应控制器可以实现控制关节按照期望轨迹移动的目标。关键词：轮式家庭服务机器人，轨迹跟踪，模糊PID控制，自适应控制IABSTRACTABSTRACTDuetothefactthatservicerobotscanhavekindsofabilitie