两栖六足机器人同步定位建图方法及实验研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文两栖六足机器人同步定位建图方法及实验研究硕士研究生：黎浩指导教师：王立权教授学科、专业：机械工程论文主审人：张岚副教授哈尔滨工程大学2018年1月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文两栖六足机器人同步定位建图方法及实验研究硕士研究生：黎浩指导教师：王立权教授学位级别：工学硕士学科、专业：机械工程所在单位：机电工程学院论文提交日期：2018年1月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADi

2、ssertationfortheDegreeofM.EngSimultaneousLocalizationandMappingandExperimentalResearchonAmphibiousHexapodRobotCandidate:LiHaoSupervisor:Prof.WangLiquanAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MechatronicEngineeringDateofSubmission:January,

3、2018DateofOralExamination:March,2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

4、作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□

5、在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日两栖六足机器人同步定位建图方法及实验研究摘要随着海洋开发的快速发展，水陆交界及浅滩等复杂环境的近海防御、军事部署和侦察通讯等方面的研究日渐成为热点。传统的机器人往往不能同时具备陆地及水下作业能力，两栖环境复杂，在濒海区域往往是松软的沙砾和高低不平的岩石，在水下则充满着浮游生物和暗流，这些都对机器人的性能提出了更高的要求。足式机器人落足点离散，在通过松软及崎岖地面

6、时具有先天的优势，可以像动物一样跨越障碍。本文以两栖自主运动为目标，研制一套两栖六足机器人，并对其进行同步定位建图（SLAM）理论分析与实验研究，为下一阶段机器人自主作业奠定基础。在对机器人运动环境及作业内容进行分析后，以足式机器人步态为出发点逆向分析，提出一种高效的双关节驱动两栖六足机器人总体方案，包括机器人腿部、机身及驱动关节的结构设计方案及控制系统方案；其中机器人腿部由等宽六圆弧凸轮机构、滑动陀螺、转动四杆机构等组成，通过改变腿部相位差规划一种步态，确定机器人主要传动机构的详细参数及机身结构形

7、式，并进行了整机三维建模，通过对腿部关节力矩的分析，得到机器人运动所需驱动力矩进而设计出一种微小型水下驱动关节。对机器人步行足进行运动学计算及仿真分析，通过仿真得出机器人足端轨迹，分别改变凸轮、从动件及转动四杆的参数，根据设计要求得出这些机构的最优设计参数，针对机器人工作环境及任务的多样性，规划一种位置控制方法，建立机器人关节数学模型，设计一种模糊PID控制器，对比仿真表明该种方法较传统方法具有更加优越的控制性能，建立机器人运动模型及环境观测模型，为SLAM研究提供模型基础。基于扩展卡尔曼滤波（EK

8、F）算法对机器人进行SLAM系统建模，在点特征环境下进行系统状态预测，提取环境点特征，基于最近邻数据关联法进行点特征数据关联，利用观测到的路标对系统状态进行更新与增广，借助matlab进行EKF-SLAM仿真研究，通过改变环境路标数量分析了其对机器人定位及建图误差的影响，基于最小二乘法对环境线特征进行提取，采用NNDA法进行特征匹配，对线特征EKF-SLAM进行了研究，最后对线段特征提取及匹配算法进行了实验验证。完成了两栖六足机器人样机研制及机器人实验控制平台构建，进