仿人機(jī)器人監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信自主定位路徑規(guī)劃蟻群算法人機(jī)交互碩

1、仿人機(jī)器人監(jiān)控系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)【摘要】 自從上世紀(jì)70年代以來(lái),專(zhuān)家們?cè)诜氯藱C(jī)器人研究與開(kāi)發(fā)方面做了大量的工作,取得了突破性的進(jìn)展。但是,受到相關(guān)學(xué)科發(fā)展的限制,仿人機(jī)器人還不能實(shí)現(xiàn)自主控制,至今基本上仍處于實(shí)驗(yàn)室研制階段。同時(shí),隨著人口老齡化的加劇,人們對(duì)能夠在室內(nèi)輔助老年人工作和生活的機(jī)器人的需求大大增強(qiáng)。顯然,最好的選擇是能夠自主執(zhí)行任務(wù)的仿人機(jī)器人。但是,具備完全自主能力的仿人機(jī)器人目前還不能實(shí)現(xiàn),而由操作者監(jiān)控的半自主仿人機(jī)器人是發(fā)展過(guò)程中的必由之路。本文針對(duì)實(shí)驗(yàn)室研制的仿人機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái),研究和設(shè)計(jì)了其在室內(nèi)結(jié)構(gòu)化環(huán)境下工作的監(jiān)控系統(tǒng)。首先,在分析了仿人機(jī)器人的機(jī)械機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)和行

2、為能力之后,對(duì)仿人機(jī)器人的工作環(huán)境、操作方式和功能需求進(jìn)行了分析,進(jìn)而設(shè)計(jì)了監(jiān)控系統(tǒng)硬件和軟件結(jié)構(gòu),并將監(jiān)控系統(tǒng)劃分為數(shù)據(jù)通信、運(yùn)動(dòng)控制和人機(jī)交互3個(gè)子系統(tǒng)。然后,分別對(duì)3個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。對(duì)于數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng),主要設(shè)計(jì)了其無(wú)線通信模塊和CAN總線通信模塊。對(duì)UDP協(xié)議進(jìn)行有限的可靠性?xún)?yōu)化,基于PCI9052接口芯片設(shè)計(jì)了8路CAN總線通信。對(duì)于運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng),主要對(duì)仿人機(jī)器人在室內(nèi)結(jié)構(gòu)化環(huán)境下的自主定位、路徑規(guī)劃和運(yùn)動(dòng)規(guī)劃進(jìn)行. 更多還原【Abstract】 Experts have made an effort in research and development of

3、humanoid robotics from 1970s, and made some breakthroughs. But, humanoid robot cant realize autonomous control limited to interrelated subjects, and still cant be applied out of laboratories. Meanwhile, coming the increasingly aging societies, robots that assit human indoors are expected. Apparently

4、, humanoid robot which can perform autonomously is the best choice. But its hard to develop humanoid robots with absolute antonomous capab. 更多還原 【關(guān)鍵詞】 仿人機(jī)器人； 監(jiān)控系統(tǒng)； 數(shù)據(jù)通信； 自主定位； 路徑規(guī)劃； 蟻群算法； 人機(jī)交互； 【Key words】 Humanoid robot； Monitoring and control system； Data communication； Self-localization； Pat

5、h planning； Ant colony algorithm； Human-robot interaction； 摘要 9-10 ABSTRACT 10 第一章 緒論 11-21 1.1 研究背景及意義 11-12 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 12-19 1.2.1 仿人機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 12-15 1.2.2 監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用 15-17 1.2.3 仿人機(jī)器人監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展 17-19 1.3 本文研究的主要內(nèi)容 19-21 第二章 仿人機(jī)器人監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 21-32 2.1 仿人機(jī)器人系統(tǒng)介紹 21-26 2.1.1 機(jī)械機(jī)構(gòu) 21-22 2.1.2 控制系統(tǒng) 22-23

6、2.1.3 行為能力 23-26 2.2 監(jiān)控系統(tǒng)的需求分析 26-28 2.2.1 工作環(huán)境 26-27 2.2.2 操作方式 27-28 2.2.3 功能需求 28 2.3 監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 28-31 2.3.1 硬件結(jié)構(gòu) 28-29 2.3.2 軟件結(jié)構(gòu) 29-30 2.3.3 監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)分析 30-31 2.4 小結(jié) 31-32 第三章 數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 32-45 3.1 數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)流向 32-34 3.2 無(wú)線通信模塊 34-37 3.2.1 硬件設(shè)計(jì) 34-36 3.2.2 軟件設(shè)計(jì) 36 3.2.3 性能分析 36-37 3.3 CAN 總線通信模塊 37-44

7、 3.3.1 設(shè)計(jì)原理 37-39 3.3.2 硬件組成 39-41 3.3.3 軟件設(shè)計(jì) 41-43 3.3.4 性能分析 43-44 3.4 小結(jié) 44-45 第四章 運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 45-59 4.1 仿人機(jī)器人自主定位 45-49 4.1.1 基于航位推算法的位姿跟蹤 45-46 4.1.2 基于路標(biāo)識(shí)別的全局定位 46-49 4.1.3 行走中的定位機(jī)制 49 4.2 仿人機(jī)器人路徑規(guī)劃 49-56 4.2.1 基于柵格法的環(huán)境建模 50-52 4.2.2 基于改進(jìn)蟻群算法的路徑規(guī)劃 52-55 4.2.3 仿真結(jié)果 55-56 4.3 仿人機(jī)器人雙足步行 56-58 4.

8、3.1 規(guī)劃方法 56-57 4.3.2 基本行為的離線規(guī)劃 57 4.3.3 離線規(guī)劃步態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)連接 57-58 4.4 小結(jié) 58-59 第五章 人機(jī)交互子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 59-66 5.1 操作者與仿人機(jī)器人的交互 59-60 5.2 人機(jī)交互界面設(shè)計(jì) 60-61 5.3 語(yǔ)音控制模式設(shè)計(jì) 61-65 5.3.1 設(shè)計(jì)方案 61-62 5.3.2 語(yǔ)音指令識(shí)別的軟件實(shí)現(xiàn) 62-64 5.3.3 性能測(cè)試 64-65 5.4 小結(jié) 65-66 第六章 總結(jié)與展望 66-68 6.1 全文總結(jié) 66-67 6.2 研究展望 67-68 致謝 68-69 參考文獻(xiàn)【索購(gòu)全文】Q聯(lián)系Q：138113721 Q聯(lián)系Q