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基于DSP的六足机器人控制系统研究

作　者: 张泽
导　师: 高建华
学　校: 浙江理工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 六足机器人 TMS320LF2407A 运动控制系统 运动仿真系统
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


六足机器人研究属于仿生机器人学中的研究比较热门的领域,它相对于其它机器人在越障能力上拥有更好的表现,在科研探险、军事侦测、灾难抢险等领域都有很多应用。其是六足机器人研究领域中是一个重要的研究方向,能使机器人具有更强的野外适应能力。本文结合六足机器人在越障过程的运动特点,分析六足机器人越障控制过程,建立基于DSP的运动控制系统。首先,本文介绍了一系列用于研究而搭建的实验平台,包括机械样机、控制系统和仿真系统。样机采用基于链式机械结构的六足机器人,该结构不同于传统的六足机器人结构设计方案,它将机器人的身体结构分成三段,中间使用驱动关节相连接。控制系统采用TMS320LF2407A作为控制内核,采用分时译码方式实现将六路控制信号转化为48路控制信号,通过Max6818芯片实现对机器人足端接触信号的去抖动处理。仿真系统是基于OpenGL的Windows应用程序,该系统参照Pro/E的建模方式和Adams的运动仿真方式,能实现模拟机体的运动过程和分析轨迹等。紧接着在对六足机器人进行了正运动学分析,将六足机器人分成机身坐标系统和机械腿坐标系统,建立了各个坐标系统的关节之间的转换矩阵,并分析了与机器人控制相关的加速度和速度,为控制系统提供数据结构支持。然后又分析六足机器人的越障控制过程和整体运动控制策略,在此基础上建立基于TMS320LF2407A的越障控制系统,该系统包括运动调节控制模块、节律控制模块和自调节控制模块,其中自调节控制模块用于实现机器人对地面及整体运动过程的自调节控制,节律控制模块用于控制机器人的步态控制,运动调节控制模块用于节律运动控制模块、自调节模块的调节。这种多层次的运动控制结构为六足机器人运动控制提供一种解决方案,为后续的研究提供一定的借鉴。在文章的最后,将控制方案加入到仿真系统进行运动过程的分析,并在样机上进行调试工作,验证该系统方案的可行性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章 绪论  10-16
  1.1 课题研究目的及意义  10
  1.2 足式机器人控制系统的国内外研究现状  10-13
    1.2.1 国内研究现状  10-11
    1.2.2 国外研究现状  11-13
    1.2.3 国内外主要研究方向与发展趋势  13
  1.3 本论文的主要研究工作  13-14
  1.4 本论文结构  14-16
第二章 基于DSP 的六足机器人样机及其仿真系统设计  16-37
  2.1 六足机器人样机设计  16-19
    2.1.1 结构布局  16
    2.1.2 腿部结构  16-18
    2.1.3 整机模型及实物  18-19
  2.2 基于DSP 的六足机器人运动控制器系统设计  19-26
    2.2.1 运动控制系统常用实现方案及其比较  19-20
    2.2.2 本文的六足机器人运动控制器设计方案  20-21
    2.2.3 控制电路设计  21-25
    2.2.4 电路板实物图  25-26
  2.3 基于OpenGL 的仿真系统设计  26-36
    2.3.1 仿真系统整体介绍  26-27
    2.3.2 显示模块  27-29
    2.3.3 装配模块  29-31
    2.3.4 通讯模块  31-32
    2.3.5 仿真模块  32-36
  2.4 本章小结  36-37
第三章 六足机器人运动学分析  37-53
  3.1 六足机器人运动坐标系建立  37-44
    3.1.1 刚体齐次转换坐标系  37-39
    3.1.2 机身运动坐标系  39-41
    3.1.3 机械腿运动坐标系  41-43
    3.1.4 各个关节有效活动范围确定  43-44
  3.2 速度分析  44-49
    3.2.1 刚体速度分析  44-46
    3.2.2 六足机器人机身和单腿协调运动速度分析  46-49
  3.3 加速度分析  49-52
    3.3.1 刚体加速度分析  49-50
    3.3.2 六足机器人加速度分析  50-52
  3.4 本章小结  52-53
第四章 六足机器人越障过程控制研究  53-77
  4.1 越障过程控制整体策略  53-54
  4.2 三角步态选择及其运动分析  54-59
  4.3 越障过程控制分析  59-61
  4.4 基于TMS320LF2407A 的越障控制系统研究  61-76
    4.4.1 底层控制模块  61-63
    4.4.2 自调节控制模块  63-71
    4.4.3 节律控制模块  71-72
    4.4.4 运动调节模块  72-76
  4.5 本章小结  76-77
第五章 实验研究及其分析  77-82
  5.1 基于仿真系统的运动分析  77-80
    5.1.1 蹬腿过程的关节的自调节分析  77-80
    5.1.2 WT 曲线运动仿真分析  80
  5.2 基于实物样机调试  80-81
  5.3 本章小结  81-82
第六章 总结与展望  82-84
  6.1 本文总结  82
  6.2 展望  82-84
参考文献  84-87
附录1 控制系统部分程序代码  87-94
附录2 控制系统部分电路图  94-97
致谢  97-98
攻读硕士学位期间的研究成果及发表的学术论文  98

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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