机器人控制理论与技术9

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1、机器人控制理论与技术 9 课程论文 从以下四题选做一题 1 写一篇关于SLAM技术综述报告 2 写一篇关于规划算法的综述报告 3 写一篇关于特征识别算法的综述报告 4 写一篇能够完成某项任务的机器人设计方案 1 SLAM综述报告 内容要求 查阅文献 写一篇关于SLAM技术发展综述 从SLAM技术的发展历程 工作原理 技术难点等方面对SLAM技术进行论述 不得抄袭 格式要求 参照给定模板 页数要求 至少6页 2 规划算法综述报告 内容要求 查阅文献 写一篇关于机器人规划算法综述 从几种规划算法 如RRT A Dijkstra等入手 并进行相互比较 不得抄袭 格式要求 参照给定模板 页数要求 至少

2、6页 3 特征识别算法综述报告 内容要求 查阅文献 写一篇关于特征识别算法的研究综述 从算法原理 运算过程 算法适用问题等方面 对目前已有的几种特征识别算法进行论述和比较 不得抄袭 格式要求 参照给定模板 页数要求 至少6页 4 机器人设计方案 内容要求 针对机器人在某一领域的应用 写一份机器人设计方案 从机器人的功能 组成单元 机械结构 控制结构 执行机构 电机选型等方面展开 不得抄袭 格式要求 参照给定模板 页数要求 至少6页 课程论文 完成时间 6月20日前 课程论文与实验报告一起 用word文件 作为邮件附件 发到robotpaper 课程论文文件命名规则 学号 姓名 课程论文 doc

3、 如 913000720241 王杰 课程论文 doc 实验报告文件命名规则 学号 姓名 实验报告 doc 如 913000720241 王杰 实验报告 doc 信件主题 学号 姓名 课程论文 实验报告允许手写 课程论文和实验报告打印时请双面打印 8 机器人的运动控制 要求已知机器人的运动学模型 动力学模型机器人轮子与地面之间的接触模型要求的运动控制目标 速度控制位姿控制满足要求的控制律 9 移动机器人的运动学模型 目标 机器人速度轮子转动速度导航角及角速度几何参数 比如长度 宽度等前向运动学模型 逆向运动学模型 10 差动驱动的两轮机器人 11 环境坐标系 机器人坐标系 机器人位置坐标 两个

4、坐标系之间的坐标变换 机器人位置的表示 12 示例 13 运动学误差模型 1 14 运动学误差模型 2 15 轨迹跟踪控制律设计 当Kx Ky K 均为正常数时 且 1 当vd d dvd dt d d dt有界 根据 16 仿真结果 对圆的跟踪 Kx 1 Ky 1 K 1 0 5 0 5 17 仿真结果 对cos曲线的跟踪 Kx 1 Ky 1 K 1 0 5 0 5 18 腿式移动方式 优点 在粗糙地面上具有较高的自适应性和机动性有高度的技巧来操纵物体缺点 动力和机械的复杂性难于控制 19 腿的构造 腿的数量较少 运动的复杂性较高行走 腿一定会抬起稳定性的丢失 腿的个数大于6 行走时的静态稳

5、定性哺乳动物爬行动物昆虫2 or4 legs4legs6legs 20 斯芬克斯之谜 希腊神话里有这样一个传说 狮身人面兽斯芬克斯 盘据在忒拜城外 它有一个谜语 询问每一个路过的人 谜面是 早晨用四只脚走路 中午用两只脚走路 傍晚用三只脚走路 如果你回答不出 就会被它吃掉 它吃掉了很多人 直到英雄的少年俄狄浦斯给出谜底 21 腿的自由度 1DOF 毛毛虫 4000muscles 运动被限制在一个方向2DOF抬腿 向前摆动3DOF 最常见的一种4DOF 踝关节 移动能力 复杂性 22 步态 Gaits 步态 theparticularwayarobot oraleggedanimal moves

6、 includingtheorderinwhichitliftsandlowersitslegsandplacesitsfeetontheground Mataric 2003 基本要素腿的数量稳定性次序性速度有效性鲁棒性 步态的数目依赖于腿的数目 N 2k 1 23 单腿机器人 跳跃机 优点 单点接触地面质量较小不需要协调活力十足难点 保持平衡 稳定性执行机构设计步态 抬起 放下 24 双足机器人 步态 抬右腿放右腿抬左腿放左腿抬双腿放双腿平衡性 倒立摆系统 25 双足机器人演示 SDR4XII 自由度 38个身高 7kg高度 58cm五指手 26 四腿机器人 freefly 交互性前行 奔

7、跑 静止时 静态稳定性行走时 动态稳定性 27 蜥蜴爬行的步态 28 猎豹奔跑的步态 29 四足机器人演示 Aibo 足球机器狗特点力矩大可后向驱动重量轻 30 四足机器人演示 TitanVIII 东京理工学院重量 19kg高度 0 25m自由度 4 3 31 六腿机器人 六脚步态 静止 静态稳定性行走 静态稳定性昆虫 最成功的运动生物 32 六腿机器人演示 Hexapods 人类引导的六腿机器人最快速度 2 3m s重量 3 2t高度 3m长度 5 2m自由度 6 3砍伐机器人 33 六腿机器人演示 LauronII 最快速度 0 5m s重量 6kg高度 0 3m长度 0 7m自由度 6

8、3功耗 10W 34 问题 自然界中存在不存在三条腿的生物 三条腿的机器人有没有可能 目前有没有三条腿的机器人 35 三条腿机器人演示 第二代STriDER的第一步 36 生物启发与仿生学研究 仿生学 Biologicallymimicry模拟生物结构进行的机械结构 控制方法设计生物启发 BiologicallyInspired受生物运动规律 智能活动规律启发 进行的机械结构 控制方法的研究 所获的结果是自然界中没有的 37 问题 没有电机和电池 机器人能不能运动 38 被动运动双腿机器人演示 PassiveWalking 39 执行机构按照能量来源的分类 被动执行机构利用势能示例自然 飞行松

9、鼠机器人 步行机器人主动执行机构外部能量转化为运动 TadMcGeer spassivewalkingrobot 40 腿式运动设计的挑战 稳定性简化控制方法鲁棒性从失败中恢复穿越不同的地形提高前进速度节省能量 41 静态稳定的运动 多个与地面之间的接触点腿式 4轮式 3使得重心在支撑范围内鲁棒性增强 控制简化运动速度较慢能量效率较低 42 轮式与腿式移动方式的对比 腿式高度的机动性高低不平的地面机械机构的复杂度动力学稳定性重心的不断变化轮式良好的机动性对地面的平整度要求较高静态稳定性较好 43 机器人有哪些特性 它有特有的机械结构 具有一定的形态它有自身的大脑 控制机器人的程序能够完成一定的

10、动作 任何机器人都有一定的动作表现 44 机器人的设计步骤 确定机器人的应用领域确定机器人的功能确定机器人的移动方式确定机器人的组成结构传感器 操纵机构确定机器人的控制结构信息流图 能量流图确定机器人的机械结构机器人总装与调试 45 常见的机器人应用领域 工业焊接机器人搬运机器人农业采摘机器人收割机器人服务业清扫机器人护理机器人 46 机器人常见的功能 记忆的功能思考的功能定位与规划控制的功能与环境交互的功能感知的功能移动的功能充电的功能 47 机器人大脑 中央处理器与控制程序机器人感知 各种类型的传感器机器人手脚 电机与操纵机构机器人骨架 机械框架机器人食物 电池与充电设备 机器人的组成结构

11、 48 RIMAN简介 东京理化研究院研制的一款用于护理的机器人2004年开始研制 2007年实现了基本功能 能够感知环境的气味 声音 障碍物 跟踪人脸位置抱起病人等 49 RIMAN的功能 移动的功能感知环境的功能抱起病人的功能控制的功能 50 RIMAN基本结构 分布式网络控制系统 语音 51 触觉传感器 在力传感器表面覆盖上柔软的材料 用于处理触觉信息的集成电路 52 触觉传感器 特性8 8 64点 个力传感器检测面积 大约1cm2测量范围 0 90kPa分辨率 0 41kPa扫描输出五个部分 53 触觉传感器 响应速度快 54 视觉传感器 人脸跟踪 55 视觉传感器演示 56 听觉传感

12、器 基于声音的定位 根据声音到达左右两耳的时间间隔可以判断出声音的方向 57 听觉传感器演示 58 Water Urine 嗅觉传感器 气体传感器 CPU 8 5cm USBI O 可以辨别8种不同物质的气味 时间 s 59 嗅觉传感器演示 60 RIMAN机械结构 带有19个自由度的结构 触觉传感器 肩关节 类人结构 两轮差动驱动 柔软的表面 61 肘关节结构 1 直流电机 35cm 140 120 准双曲面齿轮 62 肘关节结构 2 双电机同步驱动 体积小 力量大 63 肘关节演示 64 运动控制模块单元 C Chip 65 视觉听觉嗅觉 大脑皮层规划 小脑运动控制 触觉 肌肉 麦克风 嗅觉传感器 CCD摄像机 No 1 控制器 RT Linux 上位机 Windows2000 共享内存 RI MAN 人 共享内存 No 2 No 10 电机控制芯片 触觉处理芯片 No 1 No 5 层次化的分散网络控制结构 66 直流5V电源线 开关机信号线 直流24电源线 处理芯片 D 驱动器 M 电机 信号线 H 共享内存 易于维护 用线较少 噪音较小 层次化的分散网络控制结构 67 安全设计 柔软的身体安全的结构仿真与评估