学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于ARM&DSP的双足机器人导航控制系统的研究

作　者: 郑端建
导　师: 魏世民
学　校: 北京邮电大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 双足机器人导航决策嵌入式系统 MiniGUI
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 213次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载

内容摘要

双足机器人是一个多自由度、多变量、非线性的复杂动力学系统。其控制平台的研究往往涉及嵌入式技术、传感器技术、步态规划、路径导航、人工智能、自动化控制等多种理论与技术,体现了信息科学和人工智能技术的最新成果,应用领域广大,具有重要的研究价值。其中,双足机器人导航控制系统是双足机器人控制平台研究中的重点和难点,将在自动驾驶、未知区域的探索、危险环境作业、核电站的维护等领域中发挥极大的作用。本文以双足机器人导航控制系统的设计为研究背景,结合嵌入式系统开发的关键技术,主要论述了两个核心内容:一是双足机器人导航决策系统的设计。该系统是基于一种新式的ARM&DSP主从控制模式下的设计。该设计借助内外传感器系统的反馈,通过对多传感器信息的融合与处理,在导航决策算法的作用下,实现双足机器人在未知环境下平滑的自主导航。二是为增强双足机器人导航的人机交互性和控制系统对突发事件的处理能力,在基于MiniGUI的系统平台上设计了双足机器人的导航控制系统界面。论文的主要内容包括:首先,设计了双足机器人的本体模型,并对双足机器人的步态规划做了理论研究,为步态控制获得理论上的支持。然后,就双足机器人导航控制平台的搭建做了详细的介绍,并着重对主从控制器间通讯的CAN接口做了详细的设计。接着,从两个层面设计了导航决策系统,一是根据内部传感器得到的关节信息,比对决策层中的步态规划算法,对关节的运动进行实时的补偿和调整,实现各关节动作的协调,得到标准的步态,保证每一步的稳定和准确。二是对外部传感器获得的外界环境信息进行处理,构建出供决策层使用的外部环境模型,之后在基于模糊神经网络的导航算法的指引下,实现双足机器人对外界环境做出合理、平滑的响应。最后,介绍了导航控制界面的设计与实现。重点介绍了MiniGUI开发平台的搭建、基于MiniGUI的界面程序的设计以及程序在开发板上的移植,实现了控制界面在双足机器人导航上的应用。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-17
  1.1 机器人技术概述  10-11
  1.2 双足机器人的研究概况  11-14
    1.2.1 国外的研究概况  11-13
    1.2.2 国内的研究概况  13-14
  1.3 机器人控制模式的研究概况  14-15
  1.4 本文的主要研究内容和意义  15-17
第二章双足机器人模型的设计与步态分析  17-27
  2.1 双足机器人模型的本体设计  17-23
    2.1.1 自由度设计  17-18
    2.1.2 双足机器人本体模型设计  18-21
    2.1.3 驱动方式的选择  21-23
  2.2 双足机器人步态规划  23-26
    2.2.1 步态规划方法  23
    2.2.2 ZMP与行走稳定性分析  23-24
    2.2.3 步态规划步骤  24-26
  2.3 本章小结  26-27
第三章导航控制系统软硬件平台设计  27-39
  3.1 导航控制系统的整体框架设计  27-28
  3.2 HHARM2410概述  28-34
    3.2.1 ARM9的体系结构  29-31
    3.2.2 嵌入式Linux简介  31-32
    3.2.3 宿主机交叉编译环境的搭建  32-33
    3.2.4 开发调试模式  33-34
  3.3 ARM与DSP的通讯接口  34-38
    3.3.1 CAN总线  34-35
    3.3.2 CAN节点设计  35-36
    3.3.3 ARM与DSP通信程序设计  36-38
  3.4 本章小结  38-39
第四章导航决策系统的设计  39-54
  4.1 导航决策系统的总体设计  39-40
  4.2 信息融合中的相关理论基础  40-45
    4.2.1 模糊逻辑理论  40-42
    4.2.2 神经网络理论  42-44
    4.2.3 模糊神经网络  44-45
  4.3 多传感器的信息融合  45-49
    4.3.1 超声波传感器的信息处理  45-47
    4.3.2 视觉传感器的信息处理  47
    4.3.3 外部检测的信息融合  47-49
  4.4 基于模糊神经网络的导航决策算法设计  49-52
    4.4.1 算法的总体思想  49-50
    4.4.2 模糊神经网络的设计  50-51
    4.4.3 行为的实现  51-52
  4.5 实验仿真  52-53
  4.6 本章小结  53-54
第五章导航控制界面的设计与实现  54-75
  5.1 MiniGUI图形用户界面支持系统简介  54-58
    5.1.1 MiniGUI系统概述  54-56
    5.1.2 MiniGUI的体系结构  56-58
  5.2 在宿主机上建立MiniGUI开发环境  58-60
    5.2.1 MiniGUI的资源文件  58
    5.2.2 MiniGUI在宿主机上的安装和编译  58-60
  5.3 双足机器人导航控制界面的开发  60-68
    5.3.1 系统界面的开发流程  60-62
    5.3.2 界面程序设计  62-67
    5.3.3 Makefile的编写  67
    5.3.4 界面程序的运行  67-68
  5.4 在HHARM2410开发板上建立MiniGUI运行环境  68-73
    5.4.1 交叉编译器的获取和安装  68-69
    5.4.2 MiniGUI支持库的安装和编译  69
    5.4.3 MiniGUI编译环境的配置  69-71
    5.4.4 MiniGUI平台的移植  71-73
  5.5 导航界面程序的交叉编译和移植  73-74
    5.5.1 导航界面程序的交叉编译和移植  73-74
    5.5.2 导航界面程序在开发板上的运行  74
  5.6 本章小结  74-75
第六章总结与展望  75-77
  6.1 论文总结  75
  6.2 论文展望  75-77
参考文献  77-79
附录  79-82
致谢  82-83
攻读学位期间发表的学术论文  83

基于ARM&DSP的双足机器人导航控制系统的研究

内容摘要

全文目录

相似论文