科创中国

行业领域

新一代信息技术产业,人工智能

需求背景

通过模仿生物的机动性和灵活性,足式机器人具有通过选择离散落足点穿越复杂环境的能力,这是传统机器人不具备的。虽然目前典型的足式机器人已经具备较好的运动控制能力,但它们仍然缺乏自主探索陌生环境的能力,自主行为能力已经成为限制它们实际应用的主要因素,而实现全自主作业还需具备智能的环境感知和智能决策规划能力。野外环境极端复杂,与城市道路不同之处在于野外地形多为松软、易打滑地形,几何与非几何障碍物并存,通过传统的几何建模方式难以满足实际需求,需要提出一个更为综合的环境模型感知方法,并解决在多约束条件下的运动规划问题。基于此,本文主要研究环境多模态感知与利用几何信息和物理信息进行六足机器人智能决策规划。在环境模型构建方面,本文首先利用视觉方法进行环境几何与语义模型的构建,搭建了一种具有不确定度的环境高程图建图框架,在ROS机器人操作系统中建立了环境高程图几何模型。基于Deeplab2语义分割网络训练野外地形分割模型,并建立了***语义地图模型框架。另一方面,进行基于触觉的环境表征工作,通过简化和统一软硬地面下的足-地作用模型,提出了表征地面法向松软特性和切向摩擦特性的参数化指标,结合几何特性针对足式机器人提出了一种更为全面的环境表征模型。在运动规划方面,综合考虑影响机器人通过性的地面几何与物理特征,重构路径规划的优化目标,通过图搜索算法实现了最优路径规划。基于容错步态思想提出了一种自由容错步态的专家规划方法。

需解决的主要技术难题

1构建物理模型

机器人类属串联型关节式机器人，六关节可自由转动，Axis1 左右旋转关节，Axis2前后摆动关节，Axis3 上下摆动关节，Axis4 左右旋转关节，Axis5 上下摆动关节，Axis6 左右旋转关节，物理模型参考 ABB120 工业机器人。2D-H坐标系

D-H 坐标系最早是由迪纳维特与哈坦伯格提出的一种建立相对位姿的矩阵方法[1]，表示了对机器人连杆和关节进行建模的一种非常简单的方法，可用于任何机器人构型，而不管机器人的结构顺序和复杂程度如何。采用 DH 坐标系能有效地对机器人连杆和关节进行建模。该坐标系的构建能有效解决有关机器人的运动学问题。采用连杆坐标系的方法表示六轴机器人各构件主要以 D-H 坐标系为准。该方法简单易懂，计算过程也相对简便。六轴机器人基坐标系和机座坐标系固接，用六个旋转关节的轴线表示关节运动量[2]。建立坐标系轴线的设置以右手定那么为准那么。根据六轴机器人物理模型构建机器人的标准 D-H 坐标系如图 1所示。手腕参考位置和方向，分别由前 3 个关节和后 3 个关节来确定。坐标系中后3 个关节的轴线相交于一个点，通常把该点选为手腕的参考点，也选作连杆坐标系[4][5][6]的原点。铅直轴线为关节 1的轴线，水平且平行的轴线为关节 2 和关节3 的轴线，且轴线间的距离设为[a2]。垂直相交的轴线分别有关节 1 和关节 2、关节 3 和关节4 的轴线。

期望实现的主要技术目标

• 完成Mujoco自重构机器人物理仿真环境搭建。                 
• 完成Mujoco仿真环境下不同形态机器人构建。                  
• 完成自重构机器人运动模拟测试。

需求解析

解析单位：“科创中国”航空制造产业科技服务团（中国航空学会） 解析时间：2023-11-22

杨亮

中国航空学会

高级工程师

综合评价

自从1988年 Fukuda提出的动态可重构机器人("Dynamically Reconfigurable Robotic System (DRRS)以来，自重构机器人以其优异的性能和广阔的应用前景引起了各国机器人学者的关注。美日等国家的许多研究机构都开展了相关研究，并研制出了许多成功的实验系统，在机器人模块设计、重构算法、协调运动规划方面取得了很大的进展。根据自重构机器人模块连接的拓扑结构，可以将其分为阵列式，串联式和混合式三类:阵列式机器人模块的连接是以规则的网格结构为参照，类似于晶体中原子之间的方位关系;串联式机器人模块以串联方式相互连接，构成不同的树状结构，其中可能包含闭环结构;混合式自重构机器人兼具阵列式和串联式的特点。

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解析单位：“科创中国”数字化转型专业科技服务团（中国软件行业协会） 解析时间：2023-11-15

毕光元

数字化转型专业科技服务团

副团长

综合评价

此需求相对详细，服务团组织相关专家及联系人与企业取得联系，对接具体的需求点，并以我协会的专家资源，企业资源，及相关解决方案与企业进行深入研究和定制专业的解决方案。

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处理进度