毕业论文_轮腿复合式机器人控制系统设计_及越障分析

在这种军事需求的牵引下，更多的集机械化信息化电子化机动化和隐身化的无人部队将成为未来战争中的支重要的力量。

世纪的战场将是无人化战场，目前，已经有大量的无人机无人潜水器无人装甲车及智能机器人等武器装备走上了战场。

在海湾战争伊拉克战争及阿富汗战争中，美国动用大量的捕食者全球鹰等无人机来完成信息侦察定点清除等各项作战任务。

全自主型无人潜艇能够完成收集情报侦察水雷在魏林，陈欣，吕迅竑无人机无刷直流数字式舵机控制器设计无人机无刷直流数字式舵机控制器设计徐格宁，胡增嵘电梯速度曲线行程及时间综合分析中国工程机械学报武壮总线应用系统设计保定河北大学学位论文，哈尔滨工业大学工学硕士论文吕琴，卜春光，吴镇炜等轮腿复合移动机器人自主越障姿态设定及轮腿运动协调算法实现中国广西桂林，魏大松非线性优化问题的精确罚函数算法研究重庆重庆大学学位论文，哈尔滨工业大学工学硕士论文攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果哈尔滨工业大学工学硕士论文哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明学位论文原创性声明本人郑重声明此处所提交的学位论文轮腿复合式机器人控制系统设计及越障分析，是本人在导师指导下，在哈尔滨工业大学攻读学位期间进行研究工作所取得的成果。

据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。

对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。

本声明的法律结果将完全由本人承担。

作者签名日期年月日学位论文使用授权说明本人完全了解哈尔滨工业大学关于保存使用学位论文的规定，即已获学位的研究生必须按学校规定提交学位论文学校可以采用影印缩印或其他复制手段保存研究生上交的学位论文为教学和科研目的，学校可以将学位论文作为资料在图书馆及校园网上提供目录检索与阅览服务根据相关要求，向国家图书馆报送学位论文。

保密论文在解密后遵守此规定。

本人保证遵守上述规定。

作者签名导师签名日期年月日日期年月日哈尔滨工业大学工学硕士论文致谢感谢导师杜志江教授对本人的精心指导。

在课题研究过程中，我得到了杜老师的的大力支持，感谢杜老师给我提供个能够学习知识，锻炼自己的平台。

感谢王伟东老师，经常和我讨论课题进展，在找不到课题方向的时候，王老师及时提出了宝贵的意见，帮助我分析和解决问题，安排课题的进度，使课题和实验能够如期完成。

感谢吴冬梅老师在生活上给予很多的关心和帮助，在课题上提出宝贵的意见和建议。

感谢董为老师在课题进行过程中，及时给以督促，在探讨问题时，董老师总是能够真诚的提出自己的想法，给出合理的建议。

感谢苏衍宇师兄陈国栋师兄，在课题进行过程中，两位师兄给以作者很多的指导和帮助。

感谢已经毕业的林睿师兄房玉吉师兄，他们之前对课题所作的工作对我的进展起到了重要的作用。

感谢向瑞同学和耿强工程师，在课题最艰难的时候，连续几天熬夜和我起分析问题解决问题。

感谢马文忠同学，对本文的排版工作给予积极的意见和建议。

感谢陈晓光张志成廖欢欢李雪王晓宇马俊林郝广鑫等同学，和他们的相处给我带来了很多快乐。

感谢谢纯师弟刘章石师弟刘明君师弟给予的帮助和支持。

最后感谢所有关心我和帮助我的亲人师长同窗和朋友。

工学硕士学位论文轮腿复合式机器人控制系统设计及越障分析孙鹏飞哈尔滨工业大学年月国内图书分类号国际图书分类号学校代码密级公开工学硕士学位论文轮腿复合式机器人控制系统设计及越障分析硕士研究生孙鹏飞导师杜志江教授申请学位工学硕士科机械电子工程学所在单位机电工程学院答辩日期年月授予学位单位哈尔滨工业大学，哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要在现代战争中，各国都在尽力追求零死亡，在达到预期的军事目的情况下，要求伤亡率降到最低。

在这种军事需求的牵引下，无人部队，包括无人飞机无人地面武器搭载平台等将成为未来战争中的支重要的力量。

本文结合实验室项目轮腿复合式机器人，初步完成了以下的研究工作首先完成了轮腿复合式机器人控制系统的设计安装以及调试工作。

该机器人采用六套轮腿机构，每套轮腿机构分别由摆腿电机和行走电机控制机器人摆腿和车轮的运动。

控制系统分为嵌入式计算机控制系统和运动控制器。

嵌入式计算机控制系统实现机器人平面运动及越障算法，生成电机运动指令，如速度位置等信息运动控制器完成电机的运动控制，包括速度和位置等，二者采用总线通信。

其次完成了轮腿复合式机器人运动学建模及分析。

机器人的运动学分为两部分平面行驶运动学和空间位姿运动学。

平面行驶运动学中，建立了机器人差速转向的运动学模型，设计运动轨迹分析机器人车轮的速度分布。

空间位姿运动学中，建立了机器人通用的空间运动学模型和质心运动学模型，并且针对机器人在越障过程中会出现的特殊姿态，简化了通用的质心运动学模型，得到不同的特殊姿态下的质心运动学模型，为机器人的越障稳定性控制提供了依据。

再次完成了轮腿复合式机器人针对典型障碍的越障分析。

针对垂直障碍壕沟障碍斜坡障碍三种典型障碍，分析了机器人的越障能力，规划了机器人的越障动作，提出了综合考虑越障裕度越障安全及越障稳定性的优化方法，对机器人的越障姿态进行数值优化。

在中对所规划的机器人越障动作进行虚拟仿真，验证了所规划越障动作的正确性。

最后，编制了控制机器人的人机交互界面，完成了机器人平面行驶运动学及越障实验，验证了本文提出的机器人控制理论的正确性。

关键词轮腿复合式机器人质心运动学越障分析运动控制哈尔滨工业大学工学硕士学位论文哈尔滨工业大学工学硕士学位论文目录摘要目录第章绪论课题背景及研究的目的和意义国内外轮腿复合式机器人研究现状轮腿复合式机器人研究现状及分析轮腿复合式机器人控制系统研究现状及分析课题来源与研究内容第章轮腿复合式机器人控制系统设计引言轮腿复合式机器人介绍机器人结构本体介绍机器人控制系统介绍运动控制器的介绍可编程逻辑器件程序设计光电码盘信号四倍频设计串行通信设计运动控制核心程序设计程序总体设计电机码盘计数防溢出算法电机速度哈尔滨工业大学工学硕士学位论文目录摘要目录第章绪论课题背景及研究的目的和意义国内外轮腿复合式机器人研究现状轮腿复合式机器人研究现状及分析轮腿复合式机器人控制系统研究现状及分析课题来源与研究内容第章轮腿复合式机器人控制系统设计引言轮腿复合式机器人介绍机器人结构本体介绍机器人控制系统介绍运动控制器的介绍可编程逻辑器件程序设计光电码盘信号四倍频设计串行通信设计运动控制核心程序设计程序总体设计电机码盘计数防溢出算法电机速度控制算法电机位置控制算法通信设计嵌入式计算机中的通信设计运动控制器的通信设计本章小结第章机器人运动学建模及分析引言平面运动学分析同向差速运动学分析哈尔滨工业大学工学硕士学位论文反向差速运动学分析平面运动学的轨迹规划及仿真机器人的空间位姿运动学分析特殊姿态运动学模型六轮支撑的运动学模型中后轮支撑运动学模型前后腿支撑的运动学模型车体倾斜运动学模型车体倾斜俯仰结合的运动学模型本章小结第章典型障碍越障分析引言机器人越障动作规划垂直障碍越障动作规划壕沟障碍越障动作规划斜面越障动作规划越障能力分析垂直障碍越障能力分析壕沟障碍越障能力分析斜坡上越障能力分析越障关键姿态分析机器人越障的关键姿态分析内点惩罚函数法优化目标函数机器人越障虚拟仿真攀越垂直障碍虚拟仿真跨越壕沟障碍虚拟仿真斜面越障虚拟仿真本章小结第章行走及越障实验引言人机交互界面机器人行走实验越障实验攀越垂直障碍实验哈尔滨工业大学工学硕士学位论文壕沟障碍越障实验斜坡障碍越障实验本章小结结论参考文献攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明致谢哈尔滨工业大学工学硕士论文第章绪论课题背景及研究的目的和意义在现代战争中，各国都在尽力追求零死亡，在达到预期的军事目的情况下，要求伤亡率降到最低。

在这种军事需求的牵引下，更多的集机械化信息化电子化机动化和隐身化的无人部队将成为未来战争中的支重要的力量。

世纪的战场将是无人化战场，目前，已经有大量的无人机无人潜水器无人装甲车及智能机器人等武器装备走上了战场。

在海湾战争伊拉克战争及阿富汗战争中，美国动用大量的捕食者全球鹰等无人机来完成信息侦察定点清除等各项作战任务。

全自主型无人潜艇能够完成收集情报侦察水雷在