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《哈尔滨理工大学》 2018年
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复杂地形下六足机器人驾驶员辅助决策系统设计

王明磊  
【摘要】:六足机器人因其对地形的适应能力强和负载能力高等特点,在如抢险运输、危险探测等特殊领域得到广泛的应用。随着机器人控制技术的不断发展,六足机器人的运动控制系统可以实现典型步态的自主控制。然而六足机器人在面对复杂多变的地形环境时无法实现步态的自主决策,因此需要依赖于驾驶员的智慧。但驾驶员受驾驶经验、身体机能或精神状态等主观因素限制,不能持续保证决策的质量,对六足机器人的安全和稳定性可能产生严重影响。针对以上情况,本文对六足机器人的步态特点、面对的地形环境与驾驶员的决策过程进行分析,设计了一种以模糊推理为核心的辅助决策系统来提高驾驶员决策质量。首先,对六足机器人典型步态及基于中枢模式发生器的步态生成模型进行分析,得到不同步态的运动特征与适应环境。同时对六足机器人行进中的复杂地形进行划分,将坡度、起伏度、粗糙度、障碍高度和壕沟宽度明确为地形特征量,确定对复杂地形的评估方案。根据足式机器人的静态稳定性判据,分析六足机器人越障过程中不同步态的稳定性变化并进行仿真验证,为驾驶员制定步态策略提供理论支撑。其次,基于工程心理学对六足机器人驾驶员决策过程进行分析,建立驾驶员决策模型,并结合地形划分和机器人步态特征提出各种地形下驾驶员的步态策略。设计了以模糊推理为核心的辅助决策系统,将地形环境作为决策因素,行进步态及其优先级作为决策结果,划分其隶属度范围并制定模糊规则库。最后,搭建了基于Vortex的六足机器人半实物仿真平台,通过仿真平台对比驾驶员在坡面地形、垂直障碍地形和崎岖地形下无辅助和有辅助时的决策结果,并对仿真结果进行分析。仿真结果表明,本文设计的辅助决策系统能够辅助驾驶员在地形变化时做出合理决策,提高六足机器人在复杂地形下的稳定性与操纵性。
【学位授予单位】:哈尔滨理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TP242

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