具有环境感知能力的四足机器人自主避障及姿态稳定控制

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在小型四足机器人上加载姿态传感器、温湿度、红外测距等传感器,建立对环境的认知和学习,从而使机器人适应该环境并能更好地保持身体平衡、运动稳定。小型四足机器人具备对环境感知的能力,实现自主避障及姿态稳定控制等工作任务,将在救灾、反恐、核泄漏等领域将有广泛的应用前景。因此研究装载多种传感器的小型四足机器人,实现环境感知、在未知地形环境下保持运动稳定、自主路径导航,将具有重要的研究意义和应用价值。本课题围绕单腿具有四自由度的小型仿生四足机器人,做了以下工作内容。设计了小型四足机器人控制软、硬件系统,并对控制系统的稳定性和可靠性予以实验验证。实验表明:所设计的控制系统的软、硬件都较为合理,对角度控制较为精准,能较好地控制四足机器人的运动,自主运动稳定流畅。搭建了基于Matlab/Simulink的机身姿态调整仿真模型,使用PID控制算法,很好地实现了姿态的实时跟踪;采用小型姿态传感器和自主研发的无线半实物调试系统,结合Matlab模型控制,实现对小型四足机器人机身姿态的实时调控。采用4个红外测距传感器,建立自主避障策略,能够使机器人沿着未知区域边界运动,并能实时躲避前进中的障碍物,从而实现自主避障功能。在避障的运动过程中实时记录每一次的运动方位和移动距离,并将数据上传到上位机,通过Matlab程序记录和处理,实时生成机器人的运动轨迹,从而可获得未知区域边界的图形,为探索未知区域提供图形数据支持。基于装载的温湿度、烟雾气敏和人体红外传感器,结合物联网技术,将小型四足机器人运动控制和传感器数据采集相关联,成功地完成了基于物联网的小型四足机器人运动控制和传感器数据采集实验。
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