主动关节轮腿机器人规划与控制的快速算法开发
威廉·里德,澳大利亚野外机器人中心
本报告总结了主动铰接式轮腿漫游车的制导、导航和控制(GNC)软件的开发。火星模拟多模式穿越混合(MAMMOTH)四足机器人重85公斤,能够改变其足迹,爬过障碍物并重新配置其姿态,以满足传感和穿越目标。由于该车辆GNC问题的复杂性,需要一种有效的软件开发技术。为了满足这一需求,基于模型的设计被用于在软件的可执行原型框架内快速开发和验证单个GNC算法。
讨论的主要软件组件包括执行器和传感器接口,用于独立控制11个自由度的运动学控制器,各种定位和映射方案的融合,以及用于在漫游者复杂配置空间中规划有效路径的运动规划器。
用于同步定位和测绘(SLAM)的RGB-D华硕Xtion传感器使用机器人操作系统(ROS)实现,并与机器人系统工具箱™接口。讨论了漫游者执行SLAM的各种遍历结果。此外,还总结了惯性测量单元数据、车轮里程测量数据和激光测距仪数据在定位方案中的融合。
采用递归运动学传播方法建立了MAMMOTH探测车的运动学模型。该模型表达了独立驱动点和依赖驱动点之间的关系。演示的漫游者驾驶其11个自由度在模拟和在火星模拟地形提供。
最后讨论的主题是所使用的运动规划方案。利用开放运动规划库(OMPL)和MATLAB中生成的运动学c++代码生成可行有效的路径。运动规划是在各种模拟具有挑战性的行星模拟环境中演示的。
MATLAB®和仿真软件®已被用于促进在软件在环、硬件在环和完全部署的开发环境中对这些单独组件的集成和验证。本文总结了一种主动铰接悬挂技术的开发工作流示例,该技术用于在漫游者穿越崎岖地形时保持恒定的身体姿态,以强调如何利用每种开发环境。
由此产生的软件已经能够演示一个新型行星探测车探索平台的全部功能。给出了自主主动铰接悬挂试验和自主挖掘任务的结果。这项工作的核心贡献是一个复杂机器人系统的快速软件开发工作流的演示。
记录时间:2016年5月24日
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