面向四足机器人的地形识别与运动规划方法研究

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相较于轮式机器人,足式机器人虽然在速度及能耗效率方面略逊一筹,但在地形适应性方面却能展现出无比的优越性,由此受到了国内外学者的广泛关注。对足式机器人的研究已经有较长的历史,在机器人行走方面,目前主流的趋势主要集中在采取先进手段进一步提升足式机器人对复杂、未知环境的适应性。为了使足式机器人能更好地适应环境带来的行走挑战,本文通过传感控制手段设计出了一套面向四足机器人的地形识别及运动规划方法。首先,本文从获取环境地形的深度信息入手,结合国内外处理三维环境地形深度信息的研究现状,在此基础上采用张量投票算法识别复杂、未知的环境地形并给出了典型地形的识别结果。为了将地形识别结果与后续运动规划方法联系起来,还基于地形识别结果建立出地形评价函数。其次,针对所识别的地形设计出了一套适用于四足机器人的运动规划方法。提出了机器人运动过程中的自定位方法、机器人体心运动轨迹生成方法、运动步态及落足点选取方法以及足端运动轨迹生成方法。为了加强四足机器人在穿越地形过程中的稳定性,还提出了特定状况下机器人的运动规划原则。最后,设计了多地形仿真实验验证平台,搭建了基于LabVIEW Robotics环境的四足机器人控制系统,利用“分层”架构实现对四足机器人的整体控制。在多种地形下测试了四足机器人的行走能力并对某些特殊状况进行了仿真实验验证。仿真实验表明本文提出的地形识别及运动规划方法能有效指导四足机器人穿越复杂、未知的地形。
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