基于SoC的六足機器人設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、在礦井、地震等人類無法到達或者極度危險的災(zāi)難現(xiàn)場中，使用機器人作業(yè)已成為一種趨勢。六足機器人具有較好的靈活度和穩(wěn)定性，在復雜路況中優(yōu)勢明顯，但因其冗余的肢體結(jié)構(gòu)帶來的步態(tài)規(guī)劃和控制的復雜性，使其在實際應(yīng)用中面臨諸多問題。目前市場上能實際應(yīng)用的六足機器人價格昂貴、體積較大。因此研制一款小型化、低成本、監(jiān)控效果良好、適應(yīng)多路況環(huán)境的六足機器人具有較高的應(yīng)用價值。
　　論文在“Terasic Spider”機器人開發(fā)平臺上，增加了足底壓

2、力傳感器、姿態(tài)傳感器、超聲波傳感器、USB攝像頭、語音控制模塊、無線路由器等硬件設(shè)備，設(shè)計相關(guān)步態(tài)控制算法，實現(xiàn)了具有視頻采集與傳輸、手機監(jiān)控、語音控制、自主避障等功能的六足機器人。論文主要工作如下：
　　①采用“FPGA+ARM”的 SoC架構(gòu)完成了系統(tǒng)硬件設(shè)計。自主設(shè)計了足力探測模塊用于實現(xiàn)路面感知；通過姿態(tài)感知模塊實現(xiàn)對機體姿態(tài)的實時感知；通過在 FPGA資源中設(shè)計控制邏輯實現(xiàn)對伺服電機、足底壓力傳感器、超聲波傳感器等設(shè)備的

3、驅(qū)動控制；最后利用SoC技術(shù)將各硬件模塊進行集成，完成了六足機器人的硬件設(shè)計。
　　②完成了六足機器人運動學分析、步態(tài)規(guī)劃和控制算法設(shè)計。根據(jù)機器人開發(fā)平臺的機械結(jié)構(gòu)，采用D-H法和幾何投影法推導了六足機器人正逆運動學方程；對六足機器人進行了三角步態(tài)、四角步態(tài)、五角步態(tài)、橫向行走步態(tài)和定點轉(zhuǎn)彎步態(tài)的規(guī)劃；針對用單個傳感器數(shù)據(jù)計算歐拉角不準確的問題，采用了改進的基于四元素的捷聯(lián)慣導算法，提高了姿態(tài)歐拉角的準確性；采用運動分解合成的思

4、想，完成了位姿調(diào)整算法設(shè)計，保證了六足機器人的行走過程中的穩(wěn)定性；最后通過設(shè)計路面感知算法改進了五角步態(tài)，提高了六足機器人對多路況的適應(yīng)性。
　?、弁瓿闪讼到y(tǒng)軟件設(shè)計。通過移植Linux操作系統(tǒng)到DE0-Nano-SoC開發(fā)板上，滿足了嵌入式端軟件多任務(wù)的需求；開發(fā)了手機監(jiān)控軟件，實現(xiàn)了在危險環(huán)境下，對機器人進行遠程控制和圖像信息實時監(jiān)視。
　　經(jīng)反復測試，課題設(shè)計的六足機器人實現(xiàn)了在多路況環(huán)境下的穩(wěn)定行走，監(jiān)控軟件界面友好