六腳仿生機(jī)器人運(yùn)動步態(tài)控制研究.pdf

1、隨著人們對自然界探索步伐的不斷加速，各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)σ恍┚哂袕?fù)雜環(huán)境下自主移動能力的機(jī)器人需求日趨廣泛不斷增加。機(jī)器人技術(shù)是一門交叉學(xué)科，它涉及到電子電氣學(xué)、力學(xué)、機(jī)械學(xué)、生物學(xué)、系統(tǒng)工程、計(jì)算機(jī)、人工智能等學(xué)科知識。目前仿生步行機(jī)器人作為一種可以代替履帶式和輪式移動的機(jī)器人，用來穿越一些艱難復(fù)雜地形地貌的移動動作，以其特有的功能優(yōu)勢得到各方面的任何的認(rèn)可，從而得到越來越多的研究。仿生六腳機(jī)器人具有適應(yīng)各種地形的能力，獨(dú)特具有冗余肢

2、體的能力，其特點(diǎn)保證了肢體不完整缺少的情況下持續(xù)完成一定量的工作，非常適合擔(dān)當(dāng)在惡劣環(huán)境下進(jìn)行野外探測、災(zāi)后救援以及太空探測等活動，對靈活性、自主性和完成任務(wù)的可靠性要求比較高的工作。由于機(jī)器人多足性需要實(shí)施協(xié)調(diào)控制，導(dǎo)致六腳機(jī)器人的步態(tài)控制非常復(fù)雜。作為地球上最成功的運(yùn)動生物之一，多足昆蟲適應(yīng)能力極強(qiáng)，以其復(fù)雜精妙的肢體結(jié)構(gòu)和運(yùn)動能力強(qiáng)的特點(diǎn)，可輕易地穿越行走于各種較為復(fù)雜的自然地形地貌，有些昆蟲（如壁虎，蒼蠅）甚至能在光滑的表面上行

3、走。因此，隨著我們對多足昆蟲的行為研究不斷深入，將其學(xué)科研究成果融入到自主步行多腳機(jī)器人的控制與設(shè)計(jì)中，開發(fā)具有超強(qiáng)移動穿越能力的六腳仿生機(jī)器人，對于多腳式移動機(jī)器人技術(shù)的研究以及其應(yīng)用，具有非常重要的科學(xué)理論價(jià)值，同時(shí)也具有十分現(xiàn)實(shí)的意義。
　　 本文首先提出了一種基于高性能處理器ARM Cortex-A8為主的控制器的六腳式移動機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。本方案率先采用基于ARMv7內(nèi)核的32位嵌入式處理器Cortex-A8作

4、為核心控制器，該控制器能夠承擔(dān)數(shù)據(jù)的處理、數(shù)據(jù)的輸入輸出以及所需信息顯示等工作，并且使用一種自由和開放源碼的嵌入式Linux實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)作為機(jī)器人的軟件開發(fā)平臺。其次，對六腳仿生機(jī)器人進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出C型腳和機(jī)器人的整體架構(gòu)，通過對C型腳的受力計(jì)算以及其步行擺動方式和速率的仿真，設(shè)計(jì)出其機(jī)器人的步態(tài)行走方式。同時(shí)對直流電機(jī)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹包括其硬件和軟件。然后詳細(xì)介紹了六腳移動式機(jī)器人的控制硬件電路，主要包括:數(shù)據(jù)輸入輸出接口電路設(shè)

5、計(jì)、電源模塊設(shè)計(jì)、RS232 RS485串口電路設(shè)計(jì)及CAN總線接口電路設(shè)計(jì)等。最后，介紹了Linux系統(tǒng)的基本知識，完成了嵌入式Linux操作系統(tǒng)的移植，同時(shí)實(shí)現(xiàn)并完成在嵌入式Linux系統(tǒng)軟件平臺下簡單應(yīng)用程序的開發(fā)。本文將ARM Cortex-A8處理器作為核心控制器、嵌入式Linux操作系統(tǒng)作為開發(fā)平臺，設(shè)計(jì)出了較為完善的六腳移動式機(jī)器人的嵌入式控制系統(tǒng)，同時(shí)具有一定的擴(kuò)展性和移植性，為以后六腳機(jī)器人的通用化和應(yīng)用于更復(fù)雜的特殊