六足机器人 控制器 目标检测与跟踪 SIFT 运动历史图
六轴串联机器人位姿同步的实时轨迹规划
运动平滑性
分析机器人运动过程中速度、加速 度的连续变化，评估轨迹的平滑性 。
实时性
验证轨迹规划算法在不同复杂度和 动态环境下的实时性能。
结果讨论与改进方向
结果讨论
综合分析实验结果，讨论位姿同步算法和实针对算法性能、实时性和稳定性的优化措施，如引入更高效的优化算法、提高传感器精度等，以 提升六轴串联机器人的整体性能。
同步精度
评估位姿同步算法在不同 运动状态下的同步误差， 包括位置误差和姿态误差 。
实时性
分析算法在不同计算资源 下的运行时间，确保满足 实时性要求。
稳定性
测试算法在面对传感器噪 声和外部干扰时的稳定性 表现。
实时轨迹规划效果评估
轨迹跟踪精度
比较实际机器人运动轨迹与规划 轨迹的符合程度，评估轨迹规划
运动学方程
通过连乘所有连杆坐标系的变换矩阵，建立六轴串联机器 人的正运动学方程，实现由关节角度到位姿的映射。
六轴串联机器人逆运动学建模
01 02
数值解法
采用数值方法（如牛顿-拉夫逊法）求解六轴串联机器人的逆运动学问 题，通过迭代优化关节角度，使得正运动学计算得到的位姿与实际期望 位姿之间的差距最小化。
重要性
实时轨迹规划能够确保机器人在动态环境中快速适应变化，提高机器人的运动性 能和安全性能。
基于插值法的实时轨迹规划
优点
插值法计算量较小，能够实现实时性要求较高的轨迹 规划。
原理
插值法是通过在已知数据点之间插入新的数据点，以 生成平滑曲线的方法。在实时轨迹规划中，可以利用 插值法根据机器人当前位姿和目标位姿生成中间位姿 ，从而实现轨迹的平滑过渡。
硬件加速
采用专用硬件加速器或FPGA等硬件资源，对位姿同步算法中的关键计算步骤进行硬件加 速，进一步提高算法的执行速度和实时性能。
足球机器人的目标识别和定位ppt课件
摄像头捕获图像 图像采集卡AD转换
颜色空间变换 设置颜色阈值
图像分割 识别比赛足球
目标定位 计算方向和距离
调整机器人姿态 接近目标并护住足球
确定球门位置 面向球门
避开障碍
有障碍否
Y
N N
朝球门带球前进
进入射程否
Y
射门
五.有奖问答
1.R、G、B值分别表示一个像素分解在红、 绿、蓝三原色上的（ ）
A.亮度 B.色调 C.饱和度 D.比例
答案 A
五.有奖问答
2.在R、G、B值和H 、 I 、 S的转换公式中， I=（R+G+B）/n，则n的值为（ ）
A.2 B.3 C.4 D.5
答案 B
五.有奖问答
3.当机器视觉系统发现目标以后，为什么要 采用红外和声纳测距方法进行定位？
答：红外和声纳测距的方法可以互补，有些 不能反射红外光线的物体，可以很好的反 射超声波；反之，对于纤维物等超声波无 法检测的物体，红外测距传感器却很容易 检测到。
颜色空间以及变化
中
值
颜色阀值的确定
滤
波
目标特征点的获取
3.1目标识别中的颜色空间变化
RGB
HSI
3.2颜色阀值的确定
●作用： 分离比赛目标
●方法： 1.比赛前调试 2.离线训练，得到函数关系
四.足球机器人的目标定位目源自声纳测距标定
位
PSD测距
4.1目标定位之PSD测距 D=bf/x
四.足球机器人比赛流程
五.有奖问答
4.设定颜色阀值的作用是什么？
答：将比赛目标从背景中分离出来
The end
Thank you !
主要内容
六足机器人的发展史
一、前言談到足式機器人，當然目前主流大多是聯想到和人相似、有親切感的雙足機器“人”，從某一層面來看，以雙足步行為演化上的一個極為小眾的特例，本身對達到穩定運作控制的困難度很高，從瞭解「生物出生到可以開始自行運動所需的時間」便可以窺知一二。
從另一個角度來看，人類所能自在運動的地表也侷限在某一些型態之中，若要探討如何在各式自然地形上運動的法則，勢必得回過頭來探討多足動物的運動機制。
而從物理直覺來評析，單就在崎嶇路面上運動的穩定性來探討，採用多足機器人會比較簡單且實際。
基於這一些原因，仿生多足機器人的研發便有了背後的動機，模仿經過長時間演化後動物的構造，藉由觀察牠們的運動，了解為什麼有如此的動作，再利用機構或是控制去完成。
在自然界中，我們看到體型較大、有優秀運動能力的動物像馬、獵豹、羚羊等等都是四隻腳的哺乳類動物，但考慮到穩定性卻是六足比較佔優勢，只要用簡單的三腳步態（tripod gait)即可讓重心輕易落在支撐的三角形中。
四足動物的腳可能需要比較大的力量才能表現出他的特性，但人類尚無法仿造出重要的肌肉和控制系統，以現有機構和馬達組成的系統，重量太重而無法有效運動。
這時，自由度的選擇以及機構設計便成了一個很重要的課題。
這二、三十年學業界創造出了許多各式各樣的多足機器人，在後續的文章中便為各位讀者進行介紹[2, 3]。
二、學術界開發仿生多足機器人（1）Quadruped圖一 Quadruped[4]由Prof. Marc Reibert所領導的MIT Leg Lab於1984~1987年製作，重38公斤，整體長度1.05公尺，高度0.95公尺，採用長柱狀的腳，每一隻腳連接身體的關節是由兩個液壓致動器（hydraulic actuators)組成，分別控制腳的前後及左右的旋轉，腳上有一個線性致動器來提供推進力。
在控制上將腳簡易的分成兩組，不同的分組方法便產生了小跑（trot)、跑（pace)和奔馳（bound)等三種步態，奔馳可達到3.5個身體長度，有很好的穩定性和運動特性。
六足爬虫机器人设计
六足爬虫机器人设计设计人：李海鹰日期：2004年9月30日目录前言 (3)（一）、机器人的大脑 (3)（二）、机器人的眼睛耳朵 (4)（三）、机器人的腿——驱动器与驱动轮 (4)（四）、机器人的手臂——机械传动专制 (5)（五）、机器人的心脏——电池 (5)一、AT89S51单片机简介 (6)（一）、A T89S51主要功能列举如下： (6)（二）、A T89S51各引脚功能介绍： (6)二、控制系统电路图 (9)三、微型伺服马达原理与控制 (10)（一）、微型伺服马达内部结构 (10)（二）、微行伺服马达的工作原理 (10)（三）、伺服马达的控制 (11)（四）、选用的伺服马达 (11)四、红外遥控 (12)（一）、红外遥控系统 (12)（二）、遥控发射器及其编码 (12)（三）、红外接收模块 (13)（四）、红外解码程序设计 (14)五、控制程序 (14)六、六足爬虫机器人结构设计图 (21)前言今年年初，学校为参加中央电视台举办的第三届全国大学生机器人电视大赛，组建了机器人制作小组。
我积极参加，有幸成为了其中的一员。
因为我们以前没有参加过类似的比赛，也没有制作机器人的经验。
可以说我们什么都是从零开始，边学习边制作。
通过这半年多的制作过程，我从中学到了很多书本上学不到的东西，也得到了很好的学习与锻炼的机会。
最初，我们组建了机器人制作实验室。
到五金机电市场购买了必要的工具和一些制作材料。
然后开始制作实验机器人的身体——框架。
实验机器人的框架我们是使用轻型万能角钢制作的，这种角钢的两侧都有间隔均匀的孔槽，可以很方便的用螺栓进行连接。
用不同长度的角钢组合后，就可以得到不同大小的立方体和长方体及多边形。
机器人身体的框架就搭建好了。
在它的上面将装上：机器人的大脑——可编程控制器、机器人的眼睛耳朵——传感器、机器人的腿——驱动轮、机器人的手臂——机械传动专制、机器人的心脏——电池……之所以使用轻型万能角钢，主要是因为是在制作试验机型，而轻型万能角钢安装拆卸方便和便于修改长度，调整设计。
六自由度串联机器人运动优化与轨迹跟踪控制研究
六自由度串联机器人运动优化与轨迹跟踪控制研究一、本文概述随着工业自动化和智能制造的快速发展，六自由度串联机器人在许多领域，如汽车制造、航空航天、医疗手术等，都发挥着越来越重要的作用。
这类机器人具有高度的灵活性和精确的运动控制能力，能够完成复杂的空间轨迹跟踪任务。
然而，随着对机器人性能要求的不断提高，如何实现运动优化和轨迹跟踪控制成为了当前研究的热点问题。
本文旨在深入研究六自由度串联机器人的运动优化与轨迹跟踪控制问题。
文章将介绍六自由度串联机器人的基本结构和运动学模型，为后续的研究奠定理论基础。
然后，通过分析机器人的运动特性，研究如何优化其运动性能，以提高机器人的工作效率和稳定性。
在此基础上，文章将深入探讨轨迹跟踪控制算法的设计和实现，包括传统的控制方法和现代的控制策略，以期实现更精确的轨迹跟踪和更高的控制性能。
通过本文的研究，旨在为六自由度串联机器人的运动优化和轨迹跟踪控制提供理论指导和实际应用参考，推动机器人在工业自动化和智能制造领域的更广泛应用。
二、六自由度串联机器人运动学建模在探讨六自由度串联机器人的运动优化与轨迹跟踪控制之前，首先需要对机器人的运动学特性进行深入了解。
运动学建模是分析机器人运动的基础，它涉及机器人各关节之间的相对位置和姿态关系，以及末端执行器在三维空间中的运动轨迹。
六自由度串联机器人通常由多个刚体通过旋转或移动关节串联而成。
每个关节都具有一个或多个自由度，允许机器人在各个方向上移动或旋转。
为了建立机器人的运动学模型，需要确定各关节的几何参数和相对位置关系。
在建模过程中，通常采用D-H参数法（Denavit-Hartenberg参数法）来描述机器人的连杆和关节。
D-H参数包括连杆长度、连杆扭角、关节角度和关节偏距，通过这些参数可以唯一确定机器人的结构和姿态。
基于D-H参数，可以建立机器人的正运动学方程，该方程描述了机器人各关节变量与末端执行器位置和姿态之间的关系。
正运动学方程的求解通常涉及矩阵运算和坐标变换，通过这些计算可以得到末端执行器在基坐标系中的位置和姿态。
户外六足监测机器人的运动控制
１机器人系统 简介
根据机 器人 用 于户外 监测 的特 点，所 有
设备都包括在机器人内部，因此整体设计成扁 平的盒状，尽 量降低重 心。六条腿 由弹性材料 制成，分别由六个独立 的髋关节驱动 。这样一 方面带来 了控制 的灵活性 ，另一方面增大了机 器人 的功率质量 比，有助于在户外环境中跨越
理 论 值
１ ． ３ ８ 。
２ － ３ ８ 。
３ ． ７ ８ 。
５ ． ６ ３ 。
８ ． Ｏ ０ 。
ｌ ０ ． ９ ５ 。
１ ４ ． ５ ５ 。
１ ８ ． ８ ４ 。
光滑地 草地
１ ． ０ ０ 。 １ ． ０ Ｏ 。
１ ．２ Ｏ 。 １ ． Ｏ Ｏ 。
２ ５ ｃ ｍ／ ｓ ２ ８ ． ５ ｃ ｍ／ ｓ ３ １ ． ３ ｃ ｍ／ ｓ
光滑地 六 足机 器人 由于 其落地 点离 散 的特 性， 更适合在 自 然地形上运动 ，比如美 国新型的火
草地
５ ｃ ｒ ｎ ／ ￣
５ ． ５ ｃ ｍ／ ｓ
８ ｃ ｍ ／ ｓ １ ２ ． ５ ｃ ｍ ／ ｓ １ ５ ｅ ｒ ｎ ／ ｓ ２ ０ ｃ ｍ ／ ｓ ２ ３ ｃ ｍ ／ ｓ ２ ８ ｃ ｍ ／ ｓ ３ ０ ｃ ｍ ／ ｓ
的角速度。
６Ｏ
Ｓ９
Ｓ ８
图４ ：定点转弯步态时序
应关 系 。数据 采 集方式 是连续 旋转 １ ０ 步 ，获
得每 一步的平均旋转角度。误差产生５ 。 ５ ． ５ 。
８ ． ０ ０ 。 ７ ． ５ ５ 。
９ ． ０ Ｏ 。 ９ ． ９ Ｏ 。
１ ４ － ２ ０ 。 ｌ ３ ． Ｏ ０ 。
六自由度机器人本体设计及轨迹规划与虚拟仿真
机器人运动学等的研究主要为机器人轨迹规划打下基础，机器人轨迹规划对其在运动过程中的能耗、可靠性以及平稳性具有重要意义，所以研究轨迹规划的学者较多，产生了一些比较普遍适用的轨迹规划方法。随着高新科技微机技术的飞速发展，国内外学者发明了许多新的轨迹规划算法。工业机器人的轨迹规划是指根据在实际工作过程中根据工作目标需求，计算出机器人的一些运动参数并根据规划方法来得到机器人在目标点之间的运动轨迹。在关节空间中的轨迹规划是要求解出机器人的运动变量相对于时间的变化量，对于不同的关节，变化量也不相同，移动关节主要是位移的变化量，旋转关节主要是转角的变化量。在笛卡尔坐标空间中进行轨迹规划就是根据任务所给的几个路径点进而求出机器人末端位置点的运动参数诸如速度、加速度等，而各关节的变量由逆解求出[10]。两种坐标系对机器人进行规划的结果必须满足机器人运动的轨迹曲线是连续及光滑的，即保证机器人运行的平稳性。
六自由度串联机器人运动优化与轨迹跟踪控制
粒子群优化算法是一种基于群体 行为的优化算法，通过模拟鸟群 、鱼群等生物群体的行为规律来
进行优化。
在机器人运动优化中，粒子群优 化算法可用于优化机器人的运动 轨迹，以实现更快速、更准确的
目标跟踪和路径规划。
粒子群优化算法具有实现简单、 收敛速度快、对问题规模和类型 的要求较低等优点，但也存在容
易陷入局部最优解的问题。
基于差分进化算法的优化方法
差分进化算法是一种基于种群分化的进化算法，通过模 拟生物种群中的基因变异和选择过程来进行优化。
在机器人运动优化中，差分进化算法可用于优化机器人 的运动轨迹，以实现更稳定、更准确的目标跟踪和路径 规划。
差分进化算法具有较好的全局搜索能力和较高的计算效 率，适用于处理多变量、高维度的问题，但在处理复杂 问题时可能存在局部最优解的问题。
机器人运动学方程
其中，x和y是每个质点的位置，θ是每个伺服电机的角度，下标dot表示对时间进 行微分。
这个方程组包含了6个方程，每个方程对应一个伺服电机的运动学关系。通过这 个方程组，可以计算出每个质点的位置和速度，从而实现对机器人轨迹的跟踪和 控制。
03
机器人运动优化算法
基于遗传算法的优化方法
研究内容与方法
研究内容
对六自由度串联机器人的运动优化与轨迹跟踪控制问题进行 研究，包括动力学建模、运动规划、控制算法设计等。
研究方法
采用理论分析与实验验证相结合的方法，首先建立六自由度 串联机器人的动力学模型，然后进行运动优化与轨迹跟踪控 制算法设计，最后通过实验验证算法的有效性和优越性。
02
六自由度串联机器人结构 与运动学
。
通过对六自由度串联机器人进 行运动优化与轨迹跟踪控制研 究，可实现更高效、精确、稳
六足仿生机器人(内容清晰)
六足仿生机器人人们对机器人的幻想与追求已有3000多年的历史，人类希望制造一种像人一样的机器，以便代替人们完成各种工作。
1959年，第一台工业机器人在美国诞生，近几十年，各种用途的机器人相继问世，使人类的许多梦想变为现实。
随着机器人工作环境和工作任务的复杂化，要求机器人具备有更高的运动灵活性和特殊位置环境的适应性，机器人简单的轮子和履带的移动机构已不能适应多变复杂的环境要求。
在仿生技术、控制技术和制造技术不断发展的今天，各种各样的仿生机器人相继被研制出来，仿生机器人已经成为机器人家族重要的成员。
仿生爬行机器人是一种基于仿生学原理研制开发的新型足式机器人。
与传统的轮式或者履带机器人相比，足式机器人自由度多，可变性大、结构发杂、控制繁琐，但其在运动特性方面具有独特的优点：首先是足式机器人具有较好的机动性，对不平地面的适应能力十分突出，由于其立足点是离散的，与地面的接触面积较小，因而可以在可能达到的地面上选择最优支撑点，从而能够相对容易的通过松软地面以及跨过比较大的障碍；其次是足式机器人的运动系统可以实现主动隔振，允许机身运动轨迹与足轨迹解耦。
尽管地面高低不平，机身的运动仍可达到相对平稳。
本课题主要研究的内容是一种六足仿生机器人的机械机构部分的设计和分析，围绕六足仿生机器人的前沿技术，主要仿生对象为蚂蚁，主要实现机器人前后左右移动，具有良好的仿生特性，研究具有抗冲击性以及地形适应能力的仿生机设计技术，六足仿生机器人系统模型；研究六足机器人适应不同地形环境的能力。
研制系统设计与仿真等核心单元。
研制高速、高负载力、对典型非结构化地形具有高适应能力的六足仿生机器人，并开展系统结构、地形适应能力以及对抗控制实验验证。
本次设计的预期要达到的效果是可以实现灵活进退和转向，跨越障碍物，通过洼地和台阶并且保持平衡防止倾翻，能够实现实时避障，合理规划行走路线。
1、技术方案一、机器人功能介绍：a）可实现前进后退转弯等基本动作，加装传感器后对小障碍物越过、大障碍物绕开，具有遥控模式，可通过无线装置无线控制。
六足机器人运动的分析及路径规划
五邑大学毕业设计说明书毕业设计题目：六足机器人的运动分析及路径规划院系机电工程学院专业机械工程及自动化学号 AP*******学生姓名诸焕城学生电话131****9195指导教师李昌明副教授完成日期 2012年5月20日摘要六足步行机器人机动性强，适应能力高，能代替多种机器人完成工作，其研究具有重要的科学意义和实际应用价值。
本文针对六足步行机器人的机体设计、步态规划、运动学分析、足端轨迹规划中的空间插值方法及避障路径规划算法等理论和技术问题，开展了较为系统的研究工作。
首先，对六足昆虫进行机械建模，确定选用椭圆形身体布局后，进一步对六足步行机器人在三角形步态下的爬行稳定性进行详细地分析；然后，求解机器人步行足运动学的正逆解问题，利用求解结果辅助规划机器人的足端轨迹。
MATLAB的分析仿真发现，在六次多项式函数的足端轨迹曲线下，步行足具有较好的运动特性；最后，先简单介绍了人工势场和蚁群算法，再合理地对两种算法进行了有效地融合与改进，扬长避短，得到了一种更高效智能的路径轨迹规划算法。
MATLAB的仿真实验结果证明了该算法的有效性。
关键词：六足步行机器人；步态规划；运动学；轨迹规划；人工势场；蚁群算法AbstractDue to the great mobility and adaptability of hexapod walking robot, and their high performances in various robotic tasks, the research on it is of momentous scientific significance and practical application value. This thesis addresses body design, gait planning and kinematics analysis, polynomial interpolation method of foot trajectory planning, and obstacle path planning algorithm for hexapod walking robot. In order to solve these problems, a systematic study for the robots is presented. Firstly, the oval body configuration is chosen based on the structure and motion characteristic of insect, and then drive deeper into the stability of crawl locomotion under the tripod gait movement. Secondly, after solving forward and inverse kinematics of swinging leg, polynomial interpolation method is adopted to find a better curve of foot trajectory. MATLAB is used to do this simulation. The solution shows that swinging leg possesses the excellent kinetic characteristic under the six-order polynominal function curve. Finally, a brief description of artificial potential field method(PFM) and ant colony algorithm(ACO) exposes the imperfection of them. A new algorithm is proposed by combining PFM with ACO effectively．Simulation results testify the validity of this method for robot path planning．Key words：Hexapod walking robot Gait planning Kinematics Trajectory planning Artificial potential field Ant colony algorithm目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 课题的来源及研究的目的与意义 (1)1.2 文献综述 (1)1.2.1 国外仿生多足机器人研究概况 (1)1.2.2 国内仿生多足机器人研究概况 (4)1.3 本课题研究的主要内容 (5)1.4 本章小结 (5)第2章仿生六足机器人机构建模 (6)2.1 仿生六足机器人机构模型 (6)2.2 基于螺旋理论的机构自由度分析 (6)2.3 机器人机体结构 (8)2.4 本章小结 (9)第3章六足机器人静态步态规划分析 (9)3.1 步态的相关概念 (9)3.2 六足机器人的步态分析 (10)3.3 三角形步态 (11)3.3.1 三角形步态的稳定性分析 (11)3.3.2 六足机器人的步长设计 (12)3.3.3 六足机器人着地点的优化 (13)3.4 本章小结 (15)第4章六足机器人的运动学分析 (15)4.1 D-H变换 (15)4.2 步行足坐标系的建立 (16)4.3 运动学正解 (17)4.4 运动学逆解 (18)4.5 基于微分变换法的雅可比矩阵 (19)4.6 本章小结 (20)第5章机器人的足端轨迹规划 (21)5.1 步行足的摆动轨迹分析 (21)5.2 步行足的摆动轨迹生成 (22)5.3 足端轨迹仿真分析 (24)5.4 本章小结 (27)第6章六足机器人避障路径轨迹规划 (28)6.1 人工势场法路径规划 (28)6.1.1 人工势场法原理 (28)6.1.2 受力分析 (30)6.2 蚁群算法路径规划 (31)6.2.1 蚁群算法原理 (31)6.2.2 基本蚁群算法的数学模型 (32)6.3 势场和蚁群算法结合与改进 (34)的构造 (34)6.3.1 启发信息ij6.3.2 期望启发式因子β的改进 (35)6.4 算法步骤 (35)6.5 基于势场蚁群算法路径规划的仿真实现 (35)6.6 本章小结 (37)结论 (38)参考文献 (39)致谢 (42)附录A 运动分析的相关程序 (43)1 计算两组支撑三角形最大重叠面积 (43)2 转换矩阵生成程序 (43)3 足端轨迹的生成和计算程序 (44)4 求运动逆解问题 (47)附录B 路径规划的相关程序 (47)1 路径规划的主程序 (47)2 计算引力、斥力与x轴的角度 (49)3 计算引力大小 (49)4 计算斥力大小 (49)5 计算合力在在八个可行方向上的分量 (51)6 计算由合力引起的启发信息 (52)7 地图生成程序 (55)8 势场蚁群算法程序 (56)第1章绪论1.1 课题的来源及研究的目的与意义机器人自问世以来，伴随着电子计算机的发展，整合多科学领域里的新成果，已经成为一种现代科学技术的典型产物,在工业、农业、娱乐、军事等行业中均扮演着举足轻重的角色。
六足机器人行走机构设计
国际机械设计制造及其自动化专业课程设计（论文）
2.7 六足机器人着地点的优化.......................................................................................16 第三章 六足机器人的机构分析....................................................................................... 18
2.1 步态分类.....................................................................................................................7 2.1.1 三角步态.........................................................................................................7 2.1.2 跟导步态..........................................................................................................7 2.1.3 交替步态..........................................................................................................7 2.2 步态规划概述.............................................................................................................8 2.3 六足仿生机器人的坐标含义.....................................................................................9 2.4 三角步态的稳定性分析..........................................................................................12 2.4.1 稳定性分析...................................................................................................12 2.4.2 稳定裕量的计算............................................................................................12 2.5 三角步态行走步态设计...........................................................................................13 2.5.1 直线行走步态规划........................................................................................13 2.5.2 转弯步态分析................................................................................................15 2.6 六足机器人的步长设计...........................................................................................15
六足仿生机器人PPT课件
1：制作六足机器人的3D模型，设计结构：张晓强，王旭 阳，盛文涛 2：设计电路：吴斌斌 3：编辑控制程序：王新春2021/3/7CHENLI15
谢谢观赏
2021/3/7
CHENLI
16
• 二．5月进行三维模型绘制，cad图纸制作， 软件中进行装配，运动仿真，大体实现运动效 果
• 三．6月进行中期检查合格后，开始进行零件 制作，进行小部件拼接。另一方面，开始购买 相应的电子元件，传感器设备，计算性能数据。
•
2021/3/7
CHENLI
13
• 四．七、八月实体加工大零件，并对零件进行 检测。此期间，由于零部件较多，所以需要分 两部分进行：七月制作机器人的腿部零件并组 装，八月制作身体零件并组装。之后将两者组 装。
• 应用仿生学原理，模拟生物的运 动形式，就成为机器人领域研究 的热点之一。
2021/3/7
CHENLI
2
随着机器人在现代化各个行业中的广泛应用，社会对机器人的要求不断提高。 由于机器人应用范围的不断扩展，一些特殊工作环境对于机器人提出了特殊的要求， 但在任何环境下作业的机器人要完成特定的任务，
2021/3/7
• 1.机器人穿越障碍的能力将会有更大的提高。
• 2.机器人六足之间的协作及配合能力应高于六足 机器人。
• 3.机器人能实现更多的动作，而且实现同一动作 应有不同的实现方式，已解决在某些情况下， 某些过程无法实现的弊端。
2021/3/7
CHENLI
11
设计方案
• 承载装置：底盘——安装单片机支撑舵机整体 机身；
2021/3/7
CHENLI
5
2021/3/7
基于此项的六足机器人
六足机器人动态目标检测与跟踪系统研究
自从计算机视觉技术发展以来，动态目标检测就一直是研究热点之一。
动态目标检测的核心问题是如何在一段连续的图像中检测出运动的物体，而不受运动背景的影响。
一旦运动物体被检测到，诸如目标分类[1]、行人重识别[2]、车辆重识别[3]等技术就可进行后续应用。
目前，动态目标检测在智能交通、安全监控、医学和机器人视觉导航等领域都已经有了非常广泛的应用。
然而，目前的运动目标检测技术依然存在两个关键问题：首先，用于安全监控领域的运动目标检测几乎都通过固定在支架上的摄像机拍摄视频[4-5]，即使摄像机可以绕固定点运动，单个摄像机可监控的场景也局限于其所在的小区域，使得安全监控的成本相当大。
其次，应用于运动机器人领域的运动目标检测技术多搭载在轮式机器人上[6-7]，如车站的电子巡警等，这就使得类似的机器人必须按照设计好的路线进行移动，一旦遇到崎岖不平的路面或楼梯，就几乎无法运行。
为了解决第一个问题，需要让摄像头动起来，机器人载体是首选。
为了解决第二个问题，机器人必须能够在崎岖的路面平稳运行，足式六足机器人动态目标检测与跟踪系统研究王德鑫，常发亮山东大学控制科学与工程学院，济南250061摘要：动态目标检测与目标跟踪是图像领域的热点研究问题，为研究其在移动机器人领域的应用价值，设计了六足机器人动态目标检测与跟踪系统。
针对非刚体运动目标容易被检测为多个分散区域的问题提出区域合并算法，并通过对称匹配、自适应外点滤除对运动背景进行精确补偿，最终基于背景补偿法实现对运动目标的精确检测。
研究了基于KCF（Kernel Correlation Filter）的目标跟踪算法在六足机器人平台上的应用，设计了自适应跟踪算法实现六足机器人对运动目标的角度跟踪。
将运动目标检测及跟踪算法应用于六足机器人系统。
实验表明，在六足机器人移动过程中，系统可对运动目标进行精确检测与跟踪。
关键词：六足机器人；运动补偿；动态目标检测；目标跟踪；区域合并文献标志码：A中图分类号：TP242.6doi：10.3778/j.issn.1002-8331.2002-0326Research on Dynamic Target Detection and Tracking System of Hexapod RobotWANG Dexin,CHANG FaliangSchool of Control Science and Engineering,Shandong University,Jinan250061,ChinaAbstract：Dynamic target detection and target tracking are hot issues in the field of image.In order to explore its applica-tion value in the field of mobile robot,a dynamic target detection and tracking system is designed based on hexapod robot,and a region merging algorithm is proposed to solve the problem of non-rigid moving object detection dispersion.Firstly, the dynamic target detection method is introduced with region merging and adaptive external point filtering based on motion compensation method.This method achieves the accurate compensation of the moving background through sym-metric matching and adaptive external point filtering,and achieves complete detection of non-rigid objects by region merging.Secondly,the application of target tracking algorithm based on KCF（Kernel Correlation Filter）in hexapod robot platform is studied,and the angle tracking of moving target is realized by adaptive adjustment of tracking speed.Finally, the moving target detection and tracking algorithm proposed in this paper is applied to hexapod robot system.Experi-ments show that the proposed algorithm can realize exact detection and real-time tracking of moving targets during the moving process of hexapod robot.Key words：hexapod robot;motion compensation;dynamic target detection;target tracking;region merging基金项目：山东省重点研发计划“重大科技创新工程”（2019JZZY010130，2018CXGC0907）。
P-P结构六足机器人性能设计与控制实验研究开题报告
P-P结构六足机器人性能设计与控制实验研究开题报告一、项目背景和意义随着机器人技术的不断发展，机器人在生产、服务、军事等领域中的应用愈加广泛。
六足机器人因其井然有序的行走方式、优秀的过障性能等特点，被广泛应用于探险、救援、采矿等领域。
其中，P-P结构六足机器人因其结构简单、质量轻、行走稳定性好等特点，在六足机器人中应用得较为广泛。
然而，在其性能设计和控制方面仍存在一定的挑战和问题。
因此，本项目旨在对P-P结构六足机器人进行性能设计和控制实验研究，以提高其稳定性、可靠性和运动灵活性，为六足机器人的应用开发提供更为稳健和高效的技术支持。
二、研究内容和方法1. 性能设计方面：对P-P结构六足机器人的关键部件和参数进行分析和设计，如舵机、行走速度、载重能力等，以达到机器人的优化设计。
2. 控制实验方面：采用传感器技术、实时图像处理技术和控制算法等方法，对P-P结构六足机器人进行控制实验研究。
具体包括机器人的运动规划、路径跟踪、动力学建模、自主控制等方面。
三、研究目标和意义1. 通过性能设计的优化，提高P-P结构六足机器人的运动稳定性、可靠性和载重能力。
2. 通过控制实验的研究，对P-P结构六足机器人的运动控制技术进行深入了解，提高机器人的自主控制能力和运动灵活性。
3. 推动六足机器人技术的发展，并为其在探险、救援、采矿等领域的应用提供更为可靠和高效的技术支持。
四、研究计划和进度安排1. 第一阶段（3个月）：对P-P结构六足机器人相关技术进行文献调研和原理分析。
2. 第二阶段（5个月）：对机器人的舵机、行走速度、载重、构件强度等参数进行性能设计和优化。
3. 第三阶段（8个月）：开展控制实验研究，包括机器人运动规划、路径跟踪、动力学建模、自主控制等方面。
4. 第四阶段（2个月）：对研究成果进行总结和评估，并撰写相关学术论文发表。
五、预期成果和应用前景1. 对P-P结构六足机器人性能设计和控制实验研究实现全面深入；2. 提出相关机器人设计和控制方案，优化机器人的运动稳定性、可靠性、载重能力和控制能力；3. 为P-P结构六足机器人的应用开发提供更为可靠和高效的技术支持；4. 推动六足机器人技术的发展。
六足步行机器人的多关节协调控制
有松紧，所以存在着传动误差。步行机器人从当前
位置走到目标位置可能要经历许多个步态周期和姿
态，如果姿态间的误差累积起来，机器人就会偏离
所规划的轨迹，甚至会出现在途中丧失稳定性的情
况。因此，机器人的控制系统要能够消除累积误
差。虽然误差补偿可以提高控制精度，但补偿量要
通过大量的试验测量出来，并且由于钢丝绳的伸展
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机器人技术与应用
技术与应用
每一个位控周期内的位移量都是协调的。下面以机 它们的脉冲总数分别为 ９０、５０ 和 ６０ 个。设髋关节
器人的３ 个关节为例进行说明，其方法对 １８个关节
的插补结果同上，则大腿的插补结果为 ０、２、５、
同样适用。设机器人的三个关节分别为髋关节、大 １１、１１、１１、５、２、０。脉冲序列的脉冲数之和为４７，与原
腿、小腿，它们的转角分别为 ０ ． ９ 、１ ． ８ 、１ ． ４ ４ （单
来的脉冲总数不相等，这时应把差的 ３ 个脉冲均匀
位为弧度），它们的脉冲当量分别 ０．０１、０．０５、０．０４ 地补偿到插补结果里。小腿也一样，最终的插补结
六足爬虫机器人
本文的设计为六足爬虫机器人，机器人以锂电池为动力源，单片机为控制元件，伺服电机为执行部件，机器人采用三足着地进行运动，通过单片机对伺服电机的控制，机器人能够实现前进、后退等运动方式，三足着地运动方式保证了机器人能够平稳运行。
伺服电机具有力量大，扭矩大，体积小，重量轻等特点。
单片机产生20ms 的PWM 波形，通过软件改写脉冲的占空比，从而达到改变伺服电机角度的目的。
1 机器人运动分析1.1 六足爬虫式机器人运动方案比较方案一：六足爬虫式机器人的每条腿都能单独完成抬腿、前进、后退运动。
此方案的特点：每条腿都能自由活动，每条腿都能单独进行二自由度的运动。
每条腿的灵活性好，更容易进行仿生运动，六足爬虫机器人可以完成除要求外的很多动作，运动的视觉效果更好。
由于每条腿能单独完成二自由度的运动，所以每条腿上要安装两个舵机，舵机使用数量大，舵机的安装难度加大，机械结构部分的制作相对复杂，又由于每个舵机都要有单独的信号控制，电路控制部分变得复杂了，控制程序也相应的变得复杂。
方案二：六足爬虫式机器人采取三腿为一组的运动模式，且同一侧的前腿、后腿的前后转动由同一侧的中腿进行驱动。
采用三腿为一组(一侧的前足、后足与另一侧的中足为一组)的运动方式，各条腿能够协调的进行运动，机器人的运动相对平稳。
此方案特点：相比上述方案，个腿能够协调运动，在满足运动要求的情况下，舵机使用数量少，节约成本。
机器人运动平稳，控制、驱动部分都得到相应的简化，控制简单。
选择此方案，机器人还可进行横向运动。
两方案相比，选择方案二更合适。
1.2 六足爬虫式机器人运动状态分析1.2.1 机器人运动步态分析六足爬虫式机器人的行走是以三条腿为一组进行的，即一侧的前、后足与另一侧的中足为一组。
这样就形成了一个三角形支架结构，当这三条腿放在地面并向后蹬时，另外三条腿即抬起向前准备轮换。
这种行走方式使六足爬虫式机器人运动相当稳定，任何时刻有三足着地，能够保持良好的平衡，并可以随时随地停息下来，因为其重心总是落在三角支架之内。
六足机器人的外力辨识与应用
探险领域
六足机器人可以在复杂地形中行走、 攀爬，进行环境探测、资源勘探等任 务。
救援领域
在灾难现场，六足机器人可以进入危 险区域，进行人员搜救、物资运输等 工作。
军事领域
六足机器人可以用于军事侦察、目标 跟踪、情报收集等方面，提高作战效 率和安全性。
教育领域
六足机器人也可以作为教学工具，帮 助学生了解六足生物的生物力学和运 动机制。
要点二
讨论
未来研究可考虑采用更高精度的力传感器和优化数据处理 算法，以提高外力辨识的准确性和可靠性。此外，可拓展 六足机器人在更多领域的应用，如救援、探险和农业等。
THANKS
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环境适应性行走
总结词
环境适应性行走是六足机器人的另一重要应用，通过对外力进行辨识，机器人能够更好地适应不同的 地形和环境，实现稳定、高效的行走。
详细描述
六足机器人面临的环境多种多样，包括崎岖的山地、松软的沙滩、湿滑的草地等。通过对外力进行实 时辨识，机器人能够感知到地形变化和环境障碍，及时调整步态和姿态，以适应不同的地形和环境。 这有助于提高机器人在复杂环境下的生存率和作业效率。
复杂环境下的外力辨识难题
环境干扰
在复杂环境中，如室外、工业现场等，存在 各种干扰因素，如风、振动、温度变化等， 这些因素可能对六足机器人的外力辨识造成 干扰。
动态变化
在动态环境中，如行走、攀爬等运动过程中 ，六足机器人与外部环境的相互作用力会不 断变化，对外力辨识的实时性和准确性提出 了更高的要求。
详细描述
基于传感器的外力辨识技术实时性好、准确性高，但传感器数量多、成本高；基于机器 学习的外力辨识技术预测准确、自适应性强，但需要大量训练数据和计算资源；基于动 力学模型的外力辨识技术反推精度高、模型通用性强，但对模型精度和测量参数要求较
六足机器人的设计-毕业论文
六足机器人的设计-毕业论文摘要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。
理论上，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，但到目前为止，由于自适应步行控制算法匮乏等原因，足式移动方式在许多实际应用中还无法付诸实践。
另一方面，作为地球上最成功的运动生物，多足昆虫则以其复杂精妙的肢体结构和简易灵巧的运动控制策略，轻易地穿越了各种复杂的自然地形，甚至能在光滑的表面上倒立行走。
因此，将多足昆虫的行为学研究成果，融入到步行机器人的结构设计与控制中，开发具有卓越移动能力的六足仿生机器人，对于足式移动机器人技术的研究与应用具有重要的理论和现实意义。
六足仿生机器人地形适应能力强，具有冗余肢体，可以在失去若干肢体的情况下继续执行一定的工作，适合担当野外侦查、水下搜寻以及太空探测等对自主性、可靠性要求比较高的工作。
关键词：六足机器人，适应能力强，结构设计2.2.2跟导步态 (13)2.2.3交替步态 (13)2.3设计原理……………………………………………………………………………13 2.4六足机器人的结构设计………………………………………………………………15 2.5舵机的选择…………………………………………………………………………17 2.5.1舵机概述 (17)2.5.2舵机的选择 (17)2.6腿部机构运动学分析…………………………………………………………………18 2.6.1 D－H坐标系的建立………………………………………………………………18 2.6.2运动学逆解 (19)第三章三维模型的建立3.1六足机器人的本体结构的建立……………………………………………………213.2 Solidworks软件介绍………………………………………………………………213.3总图……………………………………………………………………………………223.4三维图…………………………………………………………………………………23第四章总结与展望4.1总结…………………………………………………………………………………28 4.2展望…………………………………………………………………………………28参考文献………………………………………………………………………………29致谢 (30)第一章绪论1.1六足步行机器人的介绍及背景目前，用于在人类不宜、不便或不能进入的地域进行独立探测的机器人主要分两种，一种是由轮子驱动的轮行机器人，另一种是基于仿生学的步行机器人。
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六足机器人论文：六足机器人控制器设计与目标跟踪算法
【中文摘要】本文以六足机器人为实验平台,完成了六足机器人控制器和红外动目标检测模块的设计。
通过对六足机器人的机械结构进行数学建模,详细分析了机器人的运动学特征,推导出各关节转动
角度的计算公式,设计了步态算法,实现了六足机器人的直线行走和
定点转弯。
针对静止背景和运动背景分别设计了运动目标检测与跟踪算法,在VC2008环境下,利用Intel的OpenCV2.1视觉库编程实现算法。
在静止背景,采用自适应背景更新算法实现运动目标的实时检测,再利用Mean-shift算法结合快速Kalman滤波预测实现目标的跟踪。
在运动背景,分析了背景运动补偿问题,基于尺度不变特征变换设计
了SIFT特征点匹配的运动估计算法,对背景运动进行了补偿。
首先,提取稳定的SIFT特征点,生成128维的特征点描述向量；其次,对SIFT 特征点集建立KD-tree,以欧式距离作为相似度判决准则,采用最优二分查找算法快速查找相邻两帧图像中的所有匹配特征点；然后,利用RANSAC算法剔除掉选取在目标上的异常点,精确求解仿射模型的参数,实现背景运动的补偿。
最后,分别利用帧间差分法和运动历史图法实现了运动背景中的运动目标检测。
【英文摘要】The hexapod robot is chosen as the experimental platform in this paper. Both the hexapod robot controller and the infrared module for detecting moving target have been completed. By means of modeling for the mechanical structure
of the hexapod robot, the kinematics characteristics of the robot are detailedly analyzed and a computing method for rotation angle of leg joint is obtained. Finally, the walking in straight line and turning gait around fixed-point of the hexapod robor can be realized using the desi...
【关键词】六足机器人控制器目标检测与跟踪 SIFT 运动历史图
【英文关键词】hexapod robot controller target detection and tracking SIFT motion history image
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【目录】六足机器人控制器设计与目标跟踪算法摘要
4-5ABSTRACT5-6第一章引言10-14 1.1 课题研究的背景和意义10 1.2 国内外研究现状10-11 1.3 论文内容和论文结构11-14 1.3.1 课题的整体架构
11-12 1.3.2 论文的基本内容12-13 1.3.3 论文的结
构安排13-14第二章六足机器人控制器的设计
14-20 2.1 六足机器人的结构介绍14-15 2.2 六足机
器人的控制器设计15-18 2.2.1 红外检测模块
15-16 2.2.2 舵机控制器的设计16-18 2.2.3 高速光
耦和功率放大18 2.3 实验结果与误差分析18-19 2.4 本章小结19-20第三章六足机器人仿生步态规划算法
20-27 3.1 六足机器人的爬行机制20 3.2 逆运动学分析20-23 3.3 步态规划23-25 3.3.1 步态的参数描述23 3.3.2 稳定性分析23-24 3.3.3 “三角步态”的直线行走24 3.3.4 定点转弯步态规划24-25 3.3.5 选择足端轨迹25 3.4 硬件实现25-26 3.5 本章小结
26-27第四章静止背景下的运动目标检测与跟踪
27-40 4.1 运动目标检测算法概述27-31 4.1.1 帧间差分法27-29 4.1.2 背景相减法29-30 4.1.3 光流法30-31 4.2 基于自适应背景相减法的运动目标检测
31-33 4.3 基于Mean-shift算法和快速Kalman滤波预测相结合的目标跟踪33-38 4.3.1 基于Mean-shift算法的目标跟踪33-36 4.3.2 基于Mean-shift算法和快速Kalman滤波预测的目标跟踪36-38 4.4 实验结果分析38-39 4.5 本章小结39-40第五章运动背景下的运动目标检测
40-74 5.1 基于SIFT特征点匹配的背景运动补偿
40-54 5.1.1 SIFT特征点的提取41-47 5.1.2 SIFT特征点的匹配47-50 5.1.3 仿射模型的确定50-52 5.1.4 基于RANSAC算法求解仿射模型参数52-54 5.2 基于帧间差分法的运动目标检测54-55 5.3 基于运动历史图的运动目标检测55-56 5.3.1 运动历史图55-56 5.3.2 基于运动历史图的动目标检测算法56 5.4 在VC2008+Opencv2.1环境下编程实现运动背景下动目标的检测56-72 5.4.1 OpenCV简介
56-57 5.4.2 SIFT特征点的提取算法仿真57-63 5.4.3 RANSAC算法剔除误匹配的SIFT特征点对求解仿射模型参数
63-65 5.4.4 背景补偿之后的基于帧差法的运动目标检测算
法仿真65-68 5.4.5 基于运动历史图的运动目标检测算法仿
真68-72 5.4.6 实验结果分析72 5.5 本章小结
72-74第六章工作总结与展望74-76 6.1 工作总结
74-75 6.2 工作展望75-76参考文献76-79致
谢79-80读研期间发表的论文80读研期间参加的科研项目80。