仿生机器狗的控制系统设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

四肢哺乳动物经过大自然千百年的选择，具备了灵活的运动能力和较强的环境适应能力。世界上有许多地方，传统的轮式交通工具无法到达，而四肢动物却能够行走自如。随着机器人行业的兴起与发展，移动机器人主要可分为，三种：车轮式移动机器人、履带式机器人和杆结构机器人^[1-4] 。 四足机器人比双足机器人更稳定，比六足机器人的机构更简单，成本更低，且能够实现在平坦的地面甚至是崎岖不平的道路上告诉稳定的行走^[5]。科学家们通过对四肢哺乳动物四肢的生理结构和运动特性的研究，将它们的运动特点和优势运用到机器人的设计当中，设计出可以代替传统的交通工具，运动行进不受地形等控制，能够到达陆地上大多数地方，完成工业或军事任务的机器人。

长期以来，国内外学者对四足机器人的研究主要侧重于两方面：对运动性能的要求和对生物运动机理的探求^[6]。在运动性能方面，四足动物的运动能力与体型结构产生了分别以载重-适应性和高速-灵活性为显著特点的两大进化分支^[7]。mit大学研制的放猎豹机器人就是高速-灵活性的四足机器人代表，而波士顿动力公司研制的bigdog则是载重-适应性的四足机器人代表。在生物运动机理方面，国内外研究者长期以来通过对生物运动机理的不断研究，探寻新的控制手段以求有效解决足式机器人的高速运动控制问题。

通过对四足哺乳动物的运动步态的分析以及运动机理的探求，创建出相应的仿真四足动物的运动数学模型，进而总结出控制系统设计和控制算法。四足哺乳动物较为常见的几种步态为：步行（walk），对角小跑（trot），跳跃（bound），飞奔（gallop）等^[8,9]。

在早期的研究中，科学家们对于四足机器人的控制主要集中在低速运动的控制，即trot步态的实现。最早的四足机器人是通过安装在腿和脚上的位置传感器完成位置检测功能，利用液压伺服马达系统驱动腿部结构，但仍需要操纵员在“马背”的驾驶台上进行操纵，实现了步行及爬越障碍的功能，但并没有体现步行机器人的实质意义^[10] 。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容:

1、分析掌握机械狗的机械结构、工作原理和运动特征，给出其运动控制系统的设计方案。

2、详细设计控制系统的硬件，给出所有硬件电路图及其主要硬件电路的计算分析。

3、详细设计机器狗主要运动的控制程序，给出控制程序和算法。

3. 研究计划与安排

（1）第3周前，完成文献查阅和翻译。

（2）第4-7周，完成机器狗机械结构分析，给出控制系统的设计方案和开题报告。

（3）第8-15周，详细进行设计工作，完成所有设计任务。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] miasa s, al-mjali m, al-haj ibrahim a, et al. fuzzy control of a two-wheel balancing robot using dspic. systems signals and devices (ssd).2010 7^th international multi-conference on, ieee. 2010:1-6.

[2] li z, ma s, li b, et al. design and basic experiments of a transformable wheel-track robot with self-adaptive mobile mechanism. intelligent robots and systems (iros). 2010:1334-1339.

[3] ko c c, chen s c, li c h, et al. trajectory planning and four-leg coordination for stair climbing in a quadruped robot. intelligent robots and systems (iros), 2010 ieee/rsj international conference on. ieee, 2010:5335-5340.