人形机器人控制软件的设计与实现

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本文根据RoboCup机器人足球比赛KidSize组的规则,设计并实现双足人形机器人控制软件。该控制软件实现了机器人自主绕桩和避障的系统功能性要求,还具有较好的开放性、可移植性和可维护性。本文完成的主要工作如下:  本文在阐述机器人控制软件发展及其研究现状的基础上,结合本课题机器人的功能需求,采用了分层模块化的软件结构,将软件分成控制、视觉、姿态定位、执行等模块。这种模块化的结构,有利于后期系统的扩展,体现了软件系统的开放性和可维护性。该软件以C/C++语言编写,在Linux系统上运行,提高了软件的可移植性。软件遵循单一职责和依赖倒置等六个软件设计原则,采用单例和观察者等设计模式,以增强软件的可维护性。  本文设计并实现了基于WEB摄像头的机器人视觉。结合图像分割、图像增强、区域生长和边缘检测的方法,实现障碍物的识别。  本文研究了机器人相对定位技术,分析了惯导法和测距法并进行实验比较,最后根据实验结果,选择测距法实现机器人相对定位。  本文针对两项挑战赛规则的要求,结合人工势场算法、A*算法和滚动窗口算法,设计了路径规划算法,该算法将机器人的行走路径,规划成一个一个的局部子目标来实现。  最后机器人控制软件在仿真和实物上都进行了实验验证,能够完成绕桩和避障的任务。
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