蟑螂机器人环境感知及运动灵活性研究

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雅宝题库解析：
蟑螂能够在复杂的环境中快速、灵活地行走，是因为其拥有一套简单但是性能高效的环境感知系统。但是到目前为止，现有的技术还不能研制出完全仿生蟑螂的机器人。本文以国家863项目“具有多传感信息的智能机器蟑螂运动灵活性研究和系统开发”为依托，主要研究目标是使用自制传感器，研制出一套仿生蟑螂机器人，能够实现蟑螂机器人的环境感知，开发出完整高效地算法实现蟑螂机器人能够快速、灵活地在平地以及不规则地面行走。本文首先综合各种机构的优缺点，开发出基于双四连杆构型的机器人，这种构型在保证了串联式构型的优点之外，还具有承载能力强，力和运动解耦的特点。然后基于机构特点，建立了数学几何模型，并且在基于这套模型的基础上开发运动学算法，利用坐标变换理论以及其它数学知识得到机器人运动学的正解以及逆解。然后本文开发了基于PSD的触须传感器。这种全新的触须传感器结构简单、加工和连接方便、并且采用数字调理电路来处理信号，完全取代了模拟电路带来的零漂、噪声、成本等题目。而且采用该传感器除了可以起到检测障碍物的作用外，还可以检测机体与障碍物的夹角，可以给蟑螂机器人避障提供足够的信息。除了有触须传感器，本文还开发了立体视觉来采集障碍物信息用于避障。两种传感器合理配合使用，就能达到预期的避障效果以及蟑螂机器人的自主行走。本文还研究了蟑螂机器人在不规则地面行走的题目。从感知蟑螂足尖是否落地的角度，提出了两种传感器联合采集的方案来可靠地获取信息；另外还在规则三角步态的基础上，从规划足尖运动轨迹的思路提出快速行走在不规则地面的算法。为了能实现有效控制机器人，本文搭建了ARM+PC104+PC的控制系统，其中在ARM上移植了实时操作系统µC/OS-II，并且基于该操作系统开发了传感器信息采集、通讯模块、运动学算法以及避障策略等算法用于控制机器人；且在PC上开发了可用于遥控机器人的人机接口。本文的最后，在搭建好样机以及实验环境之后，进行了各种实验，其中包括平坦路面行走、不规则路面行走、原地运动以及避障实验，验证了平台的可靠性以及算法的正确性。