仿人机器人运动规划与控制方法研究

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仿人机器人是机器人研究领域的一个重要分支,它可以模仿人的形态和行为,能理解和适应环境,精确灵活地进行作业,成为人们工作和交流的伙伴。仿人机器人控制系统的研究涉及机械学、运动物理学、机器视觉和人工智能等众多领域。因此,对仿人机器人的研究一直都是机器人研究领域的热点。本文针对仿人机器人运动规划和控制方法开展了如下研究工作:(1)根据仿人机器人手臂的拓扑结构和相应参数建立了运动仿真模型,对手臂的正逆运动学和正逆动力学进行了仿真分析,基于Bezier曲线的关节插值方法得到了平滑的运动轨迹,并利用计算力矩的控制方法对机器人动力学模型进行了误差补偿。针对仿人机器人在复杂地图环境中自主规划移动路径要求,分别采用D*和PRM算法进行了机器人路径规划,同时基于环境地图和卡尔曼粒子滤波算法修正了机器人运动过程中的轨迹误差,利用蒙特卡罗粒子滤波算法解决了机器人“绑架”的问题,实现了自定位。(2)以仿人机器人NAO为研究对象,通过对其自带相机进行标定得到其内部参数和畸变系数,提出一种适用于NAO机器人的单目视觉定位算法,实现了对目标物体的定位,并利用基于位置的视觉伺服模型求取了机器人基坐标系与目标物坐标系之间的相对位姿,最后通过实验验证了机器人单目定位精度和视觉伺服抓取的可行性,结果表明本文所研究的方法能满足仿人机器人的视觉伺服任务要求,提高了仿人机器人的智能化程度。(3)为实现对机器人的远程控制及监控,以NAO机器人操作系统为核心开发了仿人机器人人机交互系统软件,主要包括位姿变换模块、图像处理模块、机器人示教模块、传感器数据采集模块、目标识别与定位模块、路径规划模块及安全状态监控模块。并以NAO机器人踢足球的任务为例详细说明了其实现过程,证明该软件可以完成仿人机器人模拟功能的研究工作。
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