导读:本文包含了崎岖地形步行论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:六足机器人,崎岖地形,运动规划,控制策略
崎岖地形步行论文文献综述
陈杰[1]（2017）在《六足机器人崎岖地形步行运动规划与控制策略研究》一文中研究指出多足机器人肢体结构的冗余性以及落足点的离散性赋予了其卓越的稳定性和地形适应能力。因此,一般来说,该类机器人具有比轮式和履带式机器人更加广泛的在复杂地形环境下运动的潜质。另一方面,多足机器人作为典型的仿生系统,能够充当有效的物理平台,用以探究和验证自然生物的自适应行为及潜在的控制机理,从而为我们更好地理解仿生学、生物力学、以及神经科学等提供有力的科学媒介。基于这些潜质和优势,对多足机器人相关技术进行研究具有重要的理论价值和现实意义。作为典型的多足机器人,六足机器人被给予了巨大的关注,并且已有多款性能优异的六足机器人系统问世。本文继续以六足机器人为研究对象,目的是进一步提高该类机器人在复杂地形环境下的移动能力。围绕该问题,从叁个方面进行了探讨,分别是机器人自身特性、控制技术和运动规划方法。合理的机械结构、性能优越的控制处理元件、功能完善的传感设备是机器人顺利完成复杂运动任务的基础条件。本文首先介绍了研制的六足机器人平台,并对其运动学进行了分析,从而为后续的运动规划和控制奠定了基础。六足机器人的运动是以其部分腿作为支撑共同推动躯干、其余腿以躯干为基座向前摆动的过程。腿部的自身特性对机器人的运动性能有着直接的影响。合理的腿部特性能够提高机器人的自适应能力,减轻其对主动控制的依赖。为了更好地利用这些硬件“智能”,针对已确定肢节尺度和关节运动范围的六足机器人平台,进行了腿部形态研究,通过分析躯干在垂直方向上的运动裕度、移动过程中的关节力矩峰值、关节功率峰值和能量消耗,获得了机器人的最优腿部形态;利用建立的质量-弹簧足地交互模型,研究了腿部末端柔性对机器人着地冲击的缓冲效用,以冲击裕度、冲击时间为评价指标比较了不同非线性程度的末端柔性行为,结果显示下凸的腿部末端柔性能够更好地缓冲足端着地时的地面冲击;基于Hill肌肉模型建立了具有并联柔性的机器人关节模型,利用该模型分析了不同特点的并联柔性行为对关节抗干扰性和能量效率的影响,发现下凸的关节并联柔性有利于实现关节运动过程中抗干扰性能和能耗性能的最佳平衡,为机器人关节设计和控制提供理论参考的同时,也为生物现象提供了一种可能的解释。恰当的控制措施有助于提高机器人步行的稳定性和对地形的适应性。基于上述腿部末端柔性的研究成果,重新设计了六足机器人末端柔性参数,并通过主动控制补偿分别实现了下凸的末端柔性行为和下凸的关节并联柔性行为;以提高机器人稳定裕度为出发点,提出了机器人躯干控制策略;提出了六足机器人确定位姿下各支撑腿足力的求解方法,并运用基于人工神经网络的自适应阻抗控制对各足力进行控制,该方法可根据机器人的反馈信息分别对惯量参数、阻尼参数和刚度参数进行实时计算调整,提高了机器人的适应能力。为了进一步提高机器人在复杂地形环境下的适应能力和步行效率,基于已经获得的地面栅格模型和确定的机器人运动路径,研究了基于地形信息的六足机器人全身轨迹规划方法。首先,基于机器人足端形状提出了地形局部特征提取方法,利用支持向量机获得了可落足性函数用以评估地形某一位置的可落足程度,并在此基础上,结合各候选落足点构成的支撑多边形提出了六足机器人落足点选取策略;分析了躯干运动过程中稳定性的变化过程,并基于此设计了六足机器人支撑腿轨迹规划方法;基于最优控制思想建立了摆动腿轨迹规划模型,在充分考虑机器人自身及地形约束的情况下,以足端加加速度为优化目标采用高斯伪谱法进行了求解,获得了无碰撞、自然且与地形相匹配的腿部摆动轨迹。实验研究是六足机器人开发的重要环节。利用建立的六足机器人实验平台开展了一系列实验验证,以进一步分析和评估所提出的理论和方法的有效性。进行了机器人腿部末端柔性实验,通过测量足端力的变化和末端柔性的变形过程,对前文的理论进行验证;开展了躯干控制实验,以测试前述躯干控制策略的有效性;分别进行了摆动轨迹规划实验和支撑腿轨迹规划实验,验证了基于地形信息的六足机器人全身轨迹规划方法的有效性;同时,支撑腿轨迹规划实验也进一步验证了前文中落足点识别和选取方法的可行性;最后,通过轻度崎岖地形步行实验,评估了提出的机器人腿部自适应阻抗控制算法及位姿调整算法的有效性,通过不规则波浪形地形步行实验对本文所提方法的综合效用进行了评估,结果显示机器人成功地穿越了该复杂地形,顺利地完成了给定的行走任务。(本文来源于《哈尔滨工业大学》期刊2017-06-01）
张赫[2]（2013）在《具有力感知功能的六足机器人及其崎岖地形步行控制研究》一文中研究指出随着人类探索自然界步伐的不断加速，各应用领域对具有复杂环境自主移动能力机器人的需求日趋广泛而深入。足式机器人具有比轮式机器人更加卓越的应对复杂地形的能力，因而被给予了巨大的关注。作为典型的多足步行机器人，六足机器人具有丰富的运动形式、冗余的肢体结构，具备良好的灵活度和稳定性，能够广泛的适应崎岖地形步行，特别适用于对自主性和可靠性要求比较高的任务。因此，对六足机器人相关技术的研究具有重要的理论价值和现实意义。目前，虽然已经存在众多不同用途的六足机器人，相关理论研究也取得较多成果，但由于其控制的复杂性、以及作业环境对其运动性能和智能性的高要求，相关研究还有待进一步深入。本文以实现六足机器人自主、稳定的崎岖地形步行为目标，研制了小型六足机器人，并且对全方位运动规划、腿部力控制、位姿控制进行了深入探讨，最后，通过实验对机器人HITCR的步行能力进行分析和评价。为了能够步行于复杂地形，六足机器人的设计以仿生学的观点获取原型，并且通过结构参数的优化，获得了能够满足高稳定性和灵活性运动要求的结构。小型机器人具有体积小、重量轻的特点，以便其它大型移动设备携带、以及能够穿越更狭小环境，为了实现机器人的小型化，设计了高集成化的躯干系统、均一化的腿部系统以及模块化的关节系统。通过传感器系统的设计使机器人具备环境和自身状态的感知功能。作为典型的MIMO系统，六足机器人在控制方面具有天然的复杂性，为了提高系统的运行效率，设计了四级分布式的控制体系结构，同时为了使系统运行稳定、便于维护，设计了具有合理的参数及布局的供电系统和通信系统。全方位运动规划是实现崎岖地形稳定步行的基础，其以运动学分析为手段、通过腿间协调规则的建立以及足端轨迹的规划，实现六足机器人直行和任意方向的转弯运动。首先，建立六足机器人的运动学模型，并分别对串联和并联结构进行正、逆运动学解算；其次，为了适应变化的地形，提出了足端轨迹自适应策略，采用对足端轨迹分层标识的方法，基于足端触碰及位置信息调用不同策略对预期轨迹进行修正，并且采用高次多项式描述轨迹模型，使足端轨迹满足腿部运动需要且具有良好的动态特性；再次，采用基于腿间局部规则的方法协调腿间的运动，从而生成根据地形自适应调整的自由步态。六足机器人腿部力控制为腿部系统的独立行为，但对机器人整体的运动性能至关重要，它关乎腿部运动状态转换过程中步行的稳定性。首先，为了满足复杂环境足端力的测量需要，设计了基于应变感知原理的足端叁维力传感器，该传感器具有能够集成于小型足式机器人胫节、维间非耦合、意外过载保护和一体化设计等特点。其次，通过对足端力传感器测量空间的变换，满足机器人任意姿态下不同工作空间的足端力测量需求。再次，为了提高腿部运动状态转换过程中步行的稳定性，提出了基于事件的腿部状态控制器。采用基于阻抗模型的足端柔顺力控制策略，来减小腿部状态过渡过程的碰撞冲击、以及提高足端力跟踪性能，并且采用自适应方法实现对地形刚度的估计，以及非线性增益补偿策略实现目标阻尼的自适应调节。六足机器人为浮动基机构（FBM，Floating-based Mechanism），其位姿不仅由多条支撑腿的构型共同决定，也受到地形因素的影响。因此，位姿控制的目的是使机器人在复杂的崎岖地形步行过程中保持良好的稳定性和灵活性，并且能够适应更广泛的地形。首先，对六足机器人的初始位姿进行规划，规范了常规步行的基准位姿。其次，通过设计足端层位置辨识（LIT）方法，使机器人能够自主的区分轻度和重度崎岖地形。再次，为了实现轻度崎岖地形的位姿保持策略以及重度崎岖地形的位姿调整策略，从而提高机器人崎岖地形步行的适应性，设计基于VSDM模型的双环积分滑膜控制器来执行对位姿的控制，并且通过设计基于足力分配的重心位置调整方法来提高步行的稳定性。通过四组典型实验，对本文方法和理论的有效性及机器人HITCR的功能性进行综合分析和验证。首先，通过不同步态和运动模式的比较，对基本运动的稳定性进行验证，并且对行程误差进行评价；其次，通过爬坡实验来验证机器人斜坡地形的步行能力，以及基于足端力的重心位置调整策略的有效性；再次，通过楼梯攀爬实验来验证机器人离散渐变地形的步行能力，以及重度崎岖地形位姿调整策略的有效性；最后，设计了复杂地形全方位运动实验，既对机器人的全方位运动能力进行验证，又分析了基于事件的腿部状态变换过程稳定控制策对运动平稳性的影响。(本文来源于《哈尔滨工业大学》期刊2013-12-01）
崎岖地形步行论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
随着人类探索自然界步伐的不断加速，各应用领域对具有复杂环境自主移动能力机器人的需求日趋广泛而深入。足式机器人具有比轮式机器人更加卓越的应对复杂地形的能力，因而被给予了巨大的关注。作为典型的多足步行机器人，六足机器人具有丰富的运动形式、冗余的肢体结构，具备良好的灵活度和稳定性，能够广泛的适应崎岖地形步行，特别适用于对自主性和可靠性要求比较高的任务。因此，对六足机器人相关技术的研究具有重要的理论价值和现实意义。目前，虽然已经存在众多不同用途的六足机器人，相关理论研究也取得较多成果，但由于其控制的复杂性、以及作业环境对其运动性能和智能性的高要求，相关研究还有待进一步深入。本文以实现六足机器人自主、稳定的崎岖地形步行为目标，研制了小型六足机器人，并且对全方位运动规划、腿部力控制、位姿控制进行了深入探讨，最后，通过实验对机器人HITCR的步行能力进行分析和评价。为了能够步行于复杂地形，六足机器人的设计以仿生学的观点获取原型，并且通过结构参数的优化，获得了能够满足高稳定性和灵活性运动要求的结构。小型机器人具有体积小、重量轻的特点，以便其它大型移动设备携带、以及能够穿越更狭小环境，为了实现机器人的小型化，设计了高集成化的躯干系统、均一化的腿部系统以及模块化的关节系统。通过传感器系统的设计使机器人具备环境和自身状态的感知功能。作为典型的MIMO系统，六足机器人在控制方面具有天然的复杂性，为了提高系统的运行效率，设计了四级分布式的控制体系结构，同时为了使系统运行稳定、便于维护，设计了具有合理的参数及布局的供电系统和通信系统。全方位运动规划是实现崎岖地形稳定步行的基础，其以运动学分析为手段、通过腿间协调规则的建立以及足端轨迹的规划，实现六足机器人直行和任意方向的转弯运动。首先，建立六足机器人的运动学模型，并分别对串联和并联结构进行正、逆运动学解算；其次，为了适应变化的地形，提出了足端轨迹自适应策略，采用对足端轨迹分层标识的方法，基于足端触碰及位置信息调用不同策略对预期轨迹进行修正，并且采用高次多项式描述轨迹模型，使足端轨迹满足腿部运动需要且具有良好的动态特性；再次，采用基于腿间局部规则的方法协调腿间的运动，从而生成根据地形自适应调整的自由步态。六足机器人腿部力控制为腿部系统的独立行为，但对机器人整体的运动性能至关重要，它关乎腿部运动状态转换过程中步行的稳定性。首先，为了满足复杂环境足端力的测量需要，设计了基于应变感知原理的足端叁维力传感器，该传感器具有能够集成于小型足式机器人胫节、维间非耦合、意外过载保护和一体化设计等特点。其次，通过对足端力传感器测量空间的变换，满足机器人任意姿态下不同工作空间的足端力测量需求。再次，为了提高腿部运动状态转换过程中步行的稳定性，提出了基于事件的腿部状态控制器。采用基于阻抗模型的足端柔顺力控制策略，来减小腿部状态过渡过程的碰撞冲击、以及提高足端力跟踪性能，并且采用自适应方法实现对地形刚度的估计，以及非线性增益补偿策略实现目标阻尼的自适应调节。六足机器人为浮动基机构（FBM，Floating-based Mechanism），其位姿不仅由多条支撑腿的构型共同决定，也受到地形因素的影响。因此，位姿控制的目的是使机器人在复杂的崎岖地形步行过程中保持良好的稳定性和灵活性，并且能够适应更广泛的地形。首先，对六足机器人的初始位姿进行规划，规范了常规步行的基准位姿。其次，通过设计足端层位置辨识（LIT）方法，使机器人能够自主的区分轻度和重度崎岖地形。再次，为了实现轻度崎岖地形的位姿保持策略以及重度崎岖地形的位姿调整策略，从而提高机器人崎岖地形步行的适应性，设计基于VSDM模型的双环积分滑膜控制器来执行对位姿的控制，并且通过设计基于足力分配的重心位置调整方法来提高步行的稳定性。通过四组典型实验，对本文方法和理论的有效性及机器人HITCR的功能性进行综合分析和验证。首先，通过不同步态和运动模式的比较，对基本运动的稳定性进行验证，并且对行程误差进行评价；其次，通过爬坡实验来验证机器人斜坡地形的步行能力，以及基于足端力的重心位置调整策略的有效性；再次，通过楼梯攀爬实验来验证机器人离散渐变地形的步行能力，以及重度崎岖地形位姿调整策略的有效性；最后，设计了复杂地形全方位运动实验，既对机器人的全方位运动能力进行验证，又分析了基于事件的腿部状态变换过程稳定控制策对运动平稳性的影响。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
崎岖地形步行论文参考文献
[1].陈杰.六足机器人崎岖地形步行运动规划与控制策略研究[D].哈尔滨工业大学.2017
[2].张赫.具有力感知功能的六足机器人及其崎岖地形步行控制研究[D].哈尔滨工业大学.2013