下载文档原格式
五连杆轮腿机器人研究内容
五连杆轮腿机器人是一种模仿生物动作的机器人，它的运动形式来源于昆虫等
生物的行走方式。
这种机器人由一个中心轴连接五个连杆，每个连杆上都安装有一个轮子，从而实现机器人的运动。
研究五连杆轮腿机器人的内容主要包括以下几个方面：
1. 运动控制：研究机器人的运动规律和控制方法。
通过分析五连杆的结构和各
个连接点之间的关系，可以确定机器人的运动轨迹和控制参数，实现稳定、高效的运动。
2. 动力系统：研究如何为机器人提供足够的动力以实现运动。
通过选择适合的
动力源，例如电机或液压系统，并设计合理的传动装置，可以驱动五连杆轮腿机器人完成各种任务。
3. 仿生学研究：将生物行走的原理应用到机器人设计中。
研究昆虫等生物的行
走方式，分析其运动特点和结构，从中获取灵感，改善机器人的行走效率和稳定性。
4. 应用领域：研究五连杆轮腿机器人在不同领域的应用。
例如，在探险领域，
可以利用这种机器人的灵活性和适应性，实现在复杂地形中的移动和携带任务；在医疗领域，可以设计用于康复训练的五连杆轮腿机器人，帮助恢复行走能力的患者。
5. 机械结构设计：设计适合五连杆轮腿机器人的机械结构。
考虑机器人的重量
和稳定性，选择合适的材料和结构，确保机器人能够承受各种环境和工作条件下的负荷。
通过对五连杆轮腿机器人的研究，我们可以进一步改进机器人的性能和功能，
使其更适应各种实际应用场景。
这种机器人不仅可以提供人力劳动的替代，还可以应用于环境勘探、救援、军事和医疗等领域，为人类社会带来更多的便利和效益。
《新型轮腿式机器人的设计与仿真》篇一一、引言在不断进步的机器人技术中，机器人运动的多样性和高效性已成为当前研究的关键问题。
特别是在无人探索区域，面对复杂的自然地形环境，具备多样移动模式的机器人显得尤为必要。
近年来，轮腿式机器人因其结合了轮式和腿式移动的优点，在移动性和地形适应性方面表现出了显著的优势。
本文将详细介绍新型轮腿式机器人的设计与仿真过程。
二、设计概述新型轮腿式机器人设计以模块化、可扩展、高效率为原则，结合轮式和腿式的优点，实现对复杂地形的高效移动。
其结构主要包括机器人主体、轮腿系统、驱动系统和控制系统。
三、机器人主体设计机器人主体设计遵循轻量化、强度高的原则，采用高强度铝合金和轻质复合材料构成，保证在承受外部冲击的同时保持足够的运动性能。
主体内部安装有驱动系统和控制系统，保证机器人的运动和操作稳定。
四、轮腿系统设计轮腿系统是新型轮腿式机器人的核心部分，它包括轮式结构和腿式结构。
轮式结构用于平坦路面，提供稳定的高速移动；腿式结构则适用于复杂地形，如山地、沙地等，实现攀爬和跨越障碍的功能。
五、驱动系统设计驱动系统包括电机、传动装置和电池等部分。
电机负责驱动轮腿系统运动，传动装置则负责将电机的动力传输到轮腿系统，电池则为整个机器人提供电力。
考虑到机器人的续航能力和运动性能，我们选择了高效率的电机和电池。
六、控制系统设计控制系统是机器人的大脑，负责接收传感器信息并控制机器人的运动。
我们采用了先进的嵌入式系统技术，实现了对机器人的实时控制。
同时，我们利用传感器信息对机器人进行环境感知和自主导航，使机器人能够自主应对复杂的环境变化。
七、仿真实验与分析为验证新型轮腿式机器人的设计与仿真结果，我们利用虚拟仿真技术进行了多次实验。
仿真结果表明，该机器人在不同地形条件下均能表现出优秀的运动性能和地形适应性。
同时，通过实验数据分析，我们发现在高强度和高效率之间达到了良好的平衡。
八、结论新型轮腿式机器人的设计与仿真实现了机器人运动的多样性和高效性，有效解决了复杂地形下的移动问题。
《新型轮腿式机器人的设计与仿真》篇一一、引言随着科技的进步与智能化需求的增加，机器人技术逐渐发展出新型的设计形态。
其中，轮腿式机器人因其灵活性和适应性强的特点，受到了广泛关注。
本文将详细介绍新型轮腿式机器人的设计思路和仿真结果，旨在为相关研究提供参考。
二、新型轮腿式机器人设计背景及意义传统机器人主要依靠轮式或腿式运动结构，但随着应用场景的不断扩大，单一结构的局限性逐渐凸显。
而轮腿式机器人将轮和腿两种结构有机结合，使机器人具备了在不同地形环境下自由移动的能力。
新型轮腿式机器人的设计具有以下意义：1. 提高机器人的环境适应性；2. 拓宽机器人的应用领域；3. 推动机器人技术的进一步发展。
三、设计思路与原理新型轮腿式机器人设计主要遵循以下思路：1. 结构设计：结合轮式和腿式的优点，设计出具有自适应能力的轮腿结构。
通过分析不同地形条件下的运动需求，确定机器人的整体结构和各部分功能。
2. 动力系统设计：采用高效、低能耗的驱动系统，确保机器人在各种环境下的运动性能。
同时，考虑机器人的负载能力和运动速度，优化动力系统设计。
3. 控制策略：采用先进的控制算法，实现机器人的自主导航、路径规划和避障等功能。
通过仿真验证控制策略的有效性，确保机器人在实际运行中的稳定性和可靠性。
四、具体设计与实现1. 结构设计：新型轮腿式机器人采用模块化设计，包括轮式结构、腿式结构和控制系统等部分。
其中，轮式结构用于平坦地面运动，腿式结构用于复杂地形环境。
通过调整轮腿结构的比例和材料，实现机器人的轻量化和高强度。
2. 动力系统：采用电动驱动系统，包括电机、电池和传动装置等部分。
电机选用高效、低能耗的直流无刷电机，电池选用大容量、长寿命的锂离子电池。
传动装置采用齿轮和皮带等传动方式，确保动力传递的稳定性和可靠性。
3. 控制策略：采用基于传感器和算法的控制策略，实现机器人的自主导航、路径规划和避障等功能。
通过分析环境信息，机器人能够自主判断运动方向和速度，以适应不同地形和环境。
轮腿式移动机器人开题报告一、项目背景和意义近年来，随着人工智能和机器人技术的快速发展，移动机器人在日常生活和工业领域中扮演着越来越重要的角色。
传统的轮式移动机器人能够在平坦的地面上自由移动，但遇到不平整或复杂的地形，轮子往往面临较大的困难。
而腿式移动机器人具有良好的适应性和灵活性，能够在各种地形条件下灵活行动，因此备受研究和开发的关注。
本项目旨在设计和开发一种轮腿式移动机器人，利用轮子和腿部结构的组合，实现机器人在复杂地形下的移动能力。
通过对机器人的设计和控制算法的研究，旨在提高机器人的稳定性和适应性，为机器人在户外和室内环境中的应用提供更多可能性。
二、项目内容2.1 机器人结构设计机器人的结构设计是项目的基础，它决定了机器人的外形和动力学特性。
本项目将采用4轮腿的设计方案，每个腿部由多个关节组成，通过可伸缩设计能够适应不同高度和地形条件。
机器人的机身设计将考虑到重心平衡和轮子与腿部之间的连接，以确保机器人在行走时的稳定性和机动性。
2.2 控制算法设计机器人的运动控制是项目的核心，它决定了机器人在不同环境下的行动能力。
本项目将设计和实现一种基于传感器反馈的控制算法，通过对环境和机器人自身状态的感知，控制机器人的运动和步态。
控制算法将考虑到机器人的平衡性、速度控制和防碰撞等因素，以保证机器人安全和稳定地行动。
2.3 硬件和软件的集成本项目将进行硬件和软件的集成工作，将机器人的机械结构和控制算法相结合。
硬件方面，需要进行传感器、电机和电路等硬件设备的选型和集成。
软件方面，需要设计和编写控制算法和界面程序，实现机器人的控制和监控。
三、项目计划3.1 需求分析和框架设计在项目开始阶段，需要进行需求分析，明确机器人的功能和性能要求。
同时，还需要进行框架设计，确定机器人的整体结构和控制算法的基本框架。
3.2 硬件采购和集成在项目的硬件采购和集成阶段，需要根据需求分析的结果，选择合适的硬件设备，进行采购和集成。
《轮足复合球形机器人的设计及运动控制研究》篇一一、引言随着科技的不断发展，机器人技术已经逐渐渗透到各个领域，其中球形机器人因其独特的运动能力和灵活性，在复杂环境中展现出巨大的应用潜力。
轮足复合球形机器人作为一种新型的机器人形态，结合了轮式和足式机器人的优点，具有更高的机动性和环境适应性。
本文将重点研究轮足复合球形机器人的设计及其运动控制，为未来球形机器人的研究和应用提供理论支持和实践指导。
二、轮足复合球形机器人的设计1. 整体结构设计轮足复合球形机器人整体设计为球形结构，主要由球形壳体、轮足机构、驱动系统、控制系统等部分组成。
球形壳体采用轻质材料制成，具有良好的抗压性和抗冲击性。
轮足机构采用模块化设计，可根据需要灵活组合，实现多种运动模式。
驱动系统采用电机驱动，实现轮足机构的独立控制。
控制系统采用高性能微处理器，实现机器人的智能控制。
2. 轮足机构设计轮足机构是轮足复合球形机器人的核心部分，采用轮足复合结构，结合了轮式和足式机器人的优点。
轮足机构包括轮式部分和足式部分，轮式部分用于平滑地面的运动，足式部分用于复杂地形环境的适应。
通过调整轮足机构的形态和运动参数，实现机器人在不同环境中的高效运动。
3. 驱动系统设计驱动系统是轮足复合球形机器人的动力来源，采用电机驱动。
电机通过齿轮传动系统与轮足机构相连，实现轮足机构的独立控制。
驱动系统设计需考虑电机的功率、转速、扭矩等参数，以满足机器人在不同环境中的运动需求。
三、运动控制研究1. 运动学建模为了实现轮足复合球形机器人的精确控制，需要建立其运动学模型。
通过分析机器人的运动特性，建立机器人各部分的运动方程和约束条件，为后续的运动控制提供理论依据。
2. 控制系统设计控制系统是轮足复合球形机器人的大脑，负责实现机器人的运动控制和智能决策。
控制系统采用高性能微处理器，通过传感器采集环境信息，结合运动学模型，实现机器人的自主导航、路径规划和避障等功能。
同时，控制系统还可实现人机交互，方便用户对机器人进行控制和监控。
2024年第48卷第1期Journal of Mechanical Transmission一种轮腿式越障机器人的研究王月钦谭晓兰班翔李定宇岳诗迪（北方工业大学机械与材料工程学院，北京100144）摘要针对移动机器人在复杂多变地形环境下实现高机动性、强越障等需求，提出了一种被动变形式的轮腿式越障机器人设计方案。
该机器人的变形轮转换过程是由外力操作得到的，因此，不需要任何驱动器，减少了机构的复杂性。
在完成机器人整体三维建模的基础上，对变形轮的结构、原理及受力情况进行了分析；以变形过程中的触发转矩和展开前后半径之比为指标进行结构优化；分析机器人变形阶段受力情况，并对机器人平台的相关参数进行调整以实现稳定越障；使用Adams软件对机器人变形、越障过程进行运动学仿真，并制作物理样机对整机结构设计的合理性进行了实验验证。
关键词移动机器人被动变形轮腿越障Adams仿真Research of a Wheel-legged Obstacle Crossing RobotWang Yueqin Tan Xiaolan Ban Xiang Li Dingyu Yue Shidi(School of Mechanical and Materials Engineering, North China University of Technology, Beijing 100144, China)Abstract To meet the requirement of mobile robots to achieve high mobility and strong obstacle-crossing in complex and variable environment, a design scheme of passive transformable wheel-legged obstacle-crossing robot is proposed. The transformable wheel conversion process of the robot is obtained by external force opera⁃tion, so no additional driver is required, which reduces the complexity of the mechanism. Firstly, based on the three-dimensional modeling of the whole robot, the structure, principle and force of the transformable wheel are analyzed, and then the structure optimization is carried out by taking the ratio of the triggering torque during the transformation process and radius before and after unfolding as the index. Afterwards, the force condition during the transformable stage of the robot is analyzed and the relevant parameters of the robot platform are adjusted to achieve stable obstacle crossing. Finally, kinematics simulation of transformation and obstacle-crossing process of the robot is carried out by using the Adams software, physical prototype is made and rationality of the struc⁃ture design of the whole machine is verified by experiment.Key words Mobile robot Passive transformation Wheel-legged obstacle crossing Adams simulation0 引言移动机器人已广泛应用于救援、侦察等领域，使有关人员能够远距离获取相关信息，提高了侦察效率和灾害处理能力[1]。
轮腿机器人发展与研究综述目录一、内容简述 (1)二、轮腿机器人的发展历程 (2)1. 初始探索阶段 (3)2. 技术积累阶段 (4)3. 快速发展阶段 (5)三、轮腿机器人的关键技术 (6)1. 移动技术 (7)（1）行走控制策略 (8)（2）运动规划算法 (10)（3）地形适应性研究 (11)2. 感知与识别技术 (12)（1）环境感知 (13)（2）目标识别与追踪 (14)（3）自主导航技术 (16)3. 动力学与优化设计 (17)（1）动力学建模与分析 (18)（2）结构优化与材料选择研究 (19)（3）能耗分析与优化技术 (20)一、内容简述轮腿机器人作为一种集成了轮式移动和双腿行走功能的复杂机械系统，其发展与研究在近年来受到了广泛关注。
这类机器人不仅继承了轮式机器人的灵活性和高效能特点，还通过双腿结构赋予了其更好的地形适应性和越障能力。
在发展历程上，轮腿机器人经历了从单一功能到多元化功能的演变。
早期的轮腿机器人主要侧重于轮式移动性能的提升，如提高速度、稳定性等。
随着技术的不断进步，研究者们开始注重腿部结构的优化，以实现更复杂的运动模式和更高的越障能力。
轮腿机器人已经广泛应用于军事、灾害救援、农业、工业等多个领域，成为了现代机器人技术的一个重要分支。
在研究内容方面，轮腿机器人的设计涉及多个学科领域，包括机械设计、控制理论、传感器技术、人工智能等。
为了实现更高效、更稳定的运动，研究者们不断探索新型材料、驱动方式和控制策略。
针对不同应用场景的需求，轮腿机器人的功能也日益丰富，如自主导航、目标识别、物品搬运等。
轮腿机器人发展仍面临诸多挑战，如何提高机器人的适应性，使其能够在复杂多变的环境中稳定运行，是一个亟待解决的问题。
如何降低机器人的能耗，以实现更长的续航时间和更高的能效比，也是当前研究的重要方向。
随着机器人智能化程度的提高，如何确保机器人的安全性和可靠性，防止在复杂环境中发生意外事故，同样引起了广泛关注。
《多运动模态轮腿分离四足移动机器人动力学研究》篇一一、引言随着科技的进步和人工智能的飞速发展，移动机器人的研究与应用逐渐成为了一个重要的研究领域。
其中，四足移动机器人因其良好的地形适应性、高稳定性和高机动性等特点，在军事、救援、勘探等复杂环境中有着广泛的应用前景。
然而，传统的四足机器人受限于结构与运动方式的限制，对于不同地形的适应能力还有待提高。
为此，本文提出了一种多运动模态的轮腿分离四足移动机器人，并对其动力学进行了深入研究。
二、多运动模态轮腿分离四足移动机器人概述本文所研究的四足移动机器人采用轮腿分离的结构设计，该设计可以根据实际地形变化调整自身的运动模态。
该机器人通过控制各组驱动腿的步态与轮腿的运动协调，以实现更高效的移动。
其优势在于能同时兼顾腿式行走和轮式运动的特点，对各种复杂地形具有良好的适应性。
三、动力学模型构建与分析针对该四足移动机器人的运动学和动力学问题，我们构建了系统的动力学模型。
通过动力学模型的构建和分析，可以研究机器人在不同运动模态下的动态行为，如静态稳定、动态步态调整等。
1. 静态稳定性的动力学分析首先，我们研究了机器人在不同地形的静态稳定性。
在腿式行走和轮式运动的模态下，通过计算支撑面和重心投影之间的关系，得出机器人保持静态稳定的条件。
通过动力学分析，我们可以对不同条件下的稳定范围进行优化，从而提高机器人的稳定性和安全性。
2. 动态步态调整的动力学分析在动态环境中，机器人需要不断调整自身的步态以适应环境变化。
我们通过动力学模型对机器人的动态步态调整进行了研究。
通过对驱动腿的关节力矩和地面反作用力的分析，得出不同地形下机器人的最佳步态和调整策略。
这些研究成果有助于提高机器人在复杂环境中的适应能力和机动性。
四、实验验证与结果分析为了验证本文所提的四足移动机器人动力学模型的正确性，我们进行了实验验证和结果分析。
首先，在模拟环境中对机器人的运动进行了仿真实验，以验证模型的准确性。
《新型轮腿式机器人的设计与仿真》篇一一、引言随着科技的飞速发展，机器人技术已成为现代社会的重要研究方向。
其中，轮腿式机器人因其独特的移动能力和适应性，在各种复杂环境中展现出巨大的应用潜力。
本文将详细介绍新型轮腿式机器人的设计与仿真过程，包括其设计理念、结构特点、运动学分析、动力学建模以及仿真实验等内容。
二、设计理念与结构特点新型轮腿式机器人设计理念主要基于提高机器人的环境适应能力和移动性能。
结构上，该机器人采用轮腿结合的设计，使得机器人在平坦路面可以像传统轮式机器人一样快速移动，而在复杂地形则能像腿式机器人一样灵活适应。
此外，该机器人还具备较高的载重能力和较长的续航时间。
具体结构特点如下：1. 轮腿系统：采用高强度材料制成，具有较高的载重能力和抗冲击性能。
轮腿系统可根据地形自动切换，实现轮式和腿式的混合运动。
2. 动力系统：采用电动驱动，具有较高的功率密度和续航能力。
同时，配备有智能能量管理系统，可实时监测电池状态，优化能量使用。
3. 控制系统：采用先进的传感器和控制器，实现机器人的自主导航、路径规划、避障等功能。
4. 机械结构：整体结构紧凑、轻便，便于携带和运输。
三、运动学分析与动力学建模运动学分析是机器人设计的重要环节，对于轮腿式机器人来说，关键在于如何实现轮式和腿式的平滑切换以及两种运动模式下的稳定性和效率。
本部分将通过建立机器人的运动学模型，分析其运动特性和性能指标。
动力学建模则是为了描述机器人在不同运动状态下的力学行为。
通过建立机器人的动力学方程，可以分析机器人在各种环境中的运动能力和承载能力。
本部分将详细介绍新型轮腿式机器人的动力学建模过程，包括模型建立、方程求解以及仿真验证等内容。
四、仿真实验与分析仿真实验是验证机器人设计合理性和性能的重要手段。
本部分将利用专业的仿真软件，对新型轮腿式机器人进行仿真实验和分析。
1. 仿真环境搭建：根据实际环境，搭建仿真场景，包括平坦路面、复杂地形等。
新型轮腿式机器人*刘祎玮1 牛锴 吴帆 梁冠豪 王禛（北京理工大学机电学院，北京100081，中国）摘要：设计与研制了一种新型小尺寸、轻体重、多用途的轮腿式机器人。
该机器人集中了腿式机器人地形适应性强和轮式机器人机动速度高的优点，可在复杂地形条件下以多种行进步态和多种运动方式完成特殊的机动任务。
在对该机器人功能特点和运动要求进行详尽分析的基础上，结合抽象仿生学的原理，阐述了仿生步态的实现方法，开发了上位机人机交互系统和基于ARM 的嵌入式运动控制系统，探索了多轴伺服运动控制技术，在控制、反馈各环节之间以及机器人视觉系统中采用了无线数据通信方式，实现了机器人的远程遥控，并辅助以超声波探测器阵列，以多传感器信息融合技术配以实时避障算法和数字图像处理技术实现了机器人的自主运动及探测，使该机器人真正成为高技术的综合体，能够完成多种特殊使命。
仿真分析和原理样机实测表明，该机器人具有良好的越野行驶能力和稳定可靠的探测性能。
关键词：轮腿式机器人,运动步态,嵌入式控制系统,自主探测,人机交互 中图分类号：TP242 文献标示码：A*基金项目：国家教育部大学生创新项目作者简介：刘祎玮（1988-），男，本科生，主要从事机器人学研究。
Email: 36218929@0引言相比传统的移动机器人，轮腿式机器人具有更强的地形适应性，这是因为其每条腿能实现不同的动作，因而可以依靠腿的协调动作来保持机身平稳从而适应复杂地形，此外轮式结构的设计保证该机器人在松软、崎岖的地面上能以较高速度运动。
迄今为止，欧美等国已陆续研制出一系列具有昆虫运动特点的仿生机器人，其典型代表有：美国Case Western Reserve University 研制的Robot Ⅲ、Robot Ⅳ，美国University of Michigan 、UC Berkeley 和加拿大McGILL University 共同研制的RHex 仿生蟑螂机器人。
这些仿生机器人控制系统设计冗繁且控制性能不稳定，环境适应度较低，续航能力不强等各种劣势，只能在实验室环境中短时运行。
本文提出的轮腿式机器人，在机构上有机结合了昆虫爬行姿态和轮腿式机构的特点，可分别实现轮式滚动、腿式爬行、虫式跳跃、蛇式匍匐前进等多种运动模式，同时该机器人兼具体积小巧、机动灵活、复杂地形适应能力强的特点。
1轮腿式机器人机械本体设计新型轮腿式器人的机械本体如图1所示，主 要包括身躯和腿部。
机器人身躯两边各有三条腿，为对称分布，中间腿的运动平面较前后腿外移一段距离，在减小机体前后端横向结构尺寸的同时，可有效避免前、中、后三条腿之间的互相干涉，使机器人运动步态组合更为方便[1]。
图 1 机械本体及细节视图 Fig. 1 Robot structure and details该机器人的每一条腿分别由两个单足和联轴器组成。
两个单足分别成180°对称安装在联轴器两侧。
之所以将机器人的足部设计成弧形，主要是弧形足部具有以下优势：①弧形结构在机器人从“卧”到“站”的过程中，受力点更接近电机回转轴，减小了电机负担；②比起直杆式足部，弧形足部的触地面积更大，防滑性能更好；③在遇到复杂地质条件的地形时，例如石缝、滩涂，直杆式足部容易陷入其中，难以自拔，使得机器人进退维谷，而弧形足部却能降低这种风险。
2轮腿式机器人运动步态分析10000100/;/c c x MM y MM==图 2 轮腿机器人各步态受力分析 Fig. 2 Stress analysis of gaits1) 轮腿式机器人启动步态分析：当轮腿式机器人从“卧”到“站”时（见图2），机器人六条腿同时运转，带动机体克服重力做功。
这时每个腿部驱动电机所需转矩为：m axm ax6TG=÷ (1)从建立的数学模型推导可知，直形足部与弧形足部在驱动功率上近似，因此为计算方便起见，在后续计算中均采用直形结构进行计算[2]。
1) 轮腿式机器人行进步态分析：从本质上看，该轮腿式机器人模仿的是“六足纲”昆虫，这类昆虫之所以能在地面上快速行进，主要是依靠其采用的三角步态，即在步行时把六条足分为呈三角形分布的两组，一组为支撑相，另一组则为运动相，两相交替，始终保证一组支撑虫体，而另一组使虫体前移，通过两组交替地摆动和支撑，从而实现昆虫的快速运动[3]。
轮腿式机器人正是在这一基础上实现仿生运动原理。
当机器人以慢速前进时，机身始终保持有一组腿着地，此时机身重心成波浪形上下起伏，振动较大，但由于电机在低转速时具有较大的扭力，因而可以借助腿部的支撑越过一定的垂直高度。
当机器人快速运动时，由于重力所引起的位移不足以跟上轮腿的摆动频率，因此机器人会存在腾空阶段，在此时间内机器人做抛体运动，并因此具有类似于轮式机器人的快速移动能力，该机器人在由站姿到前进运动瞬时的电机转矩为:135co s ,131.4148.59,83.76i i i T f r θθθθ⋅⋅==︒⎧⎨=︒=︒⎩，θi （i=1,3,5）(2) θ为摩擦力f i 与-Y 轴方向的角度。
如图2所示，机器人匀速前进时对应的转矩为c o s c o s sin ,i i i i T F r f r φθφφ=+为机器人腿做抛体运动时间内旋转的角度。
通过上述分析可以得到电机参数的理论值如表1所示。
表 1 电机理论参数一览表Table 1 List of motor theoretical parameters3主动跟踪模型建立与算法实现1) 基于camshift 算法的目标识别与跟踪Camshift 算法就是将meanshift 算法扩展到连续图像序列。
它将视频的所有帧做meanshift 运算，并将上一帧的结果，即搜索窗的大小和中心，作为下一帧meanshift 算法搜索窗的初始值。
如此迭代下去，就可以实现对目标的跟踪。
Camshift 利用目标的颜色直方图模型将图像转换为颜色概率分布图，初始化一个搜索窗的大小和位置，并根据上一帧得到的结果自适应调整搜索窗口的位置和大小，从而定位出当前图像中目标的中心位置。
经过视频采集卡的模数转换，目标的RGB 彩色空间对光照亮度变化较为敏感，为减少此变化对光照的影响，本文利用HSV 空间H 分量在不同照度差异不大的特点，通过目标图像生成颜色概率查找表，将图像中每个像素的值用其颜色出现的概率对替换，得到了颜色概率分布图。
这个过程称为反向投影，此时颜色概率分布图是一个灰度图像。
然后通过meanshift 算法迭代寻优找到概率分布的极值来定位目标。
对于目标图像I object （x ，y ），零阶距：()00,o b ject xyMI x y =∑∑(3)一阶距：()()1001,,o b j e c t xyo b j e c txyMx I x y M y I x y⎧=⎪⎨=⎪⎩∑∑∑∑(4)搜索窗的质心： (5)|300/,|360/,r r c c tr t c t d t d t k s p s θθϖϖθϖϖ⎧-=⎪⎪=⋅︒⎨⎪=⋅︒⎪⎩⎰⎰此外camshift 能有效解决目标变形和遮挡的问题，对系统资源要求不高，时间复杂度低，在简单背景下能够取得良好的跟踪效果。
2) 主动跟踪模型建立由于轮腿机器人体积小巧，因此可忽略机器人旋转主轴和PTZ 摄像头旋转主轴的位移差，三维模型如图3所示。
图 3 角度关系示意图Fig. 3 Relationship diagram本文采用一种基于迭代思想的积分算法完成主动跟踪功能，机器人与镜头夹角的关系如下：(6)通过camshift 算法实时计算出目标在图像中的坐标，本文使用的PTZ 摄像头水平方向视场角为65°，通过θhorizontal =65°(x-320)/640可以实时生成θt ，再调用迭代的算法计算出最优p θ,k θ的解，从而达到基于目标识别的实时主动跟踪算法，效果如图4所示。
图 4 实时跟踪算法演示Fig. 4 Camshift Demo4 轮腿式机器人控制系统设计1) 硬件设计：硬件系统由移动式控制平台、嵌入式分布控制系统和多传感器信息融合系统组成。
移动式控制平台由工业PC 、无线数传模块、控制器等硬件组成，作为人机交互硬件平台，嵌入式控制系统采用了基于CAN 总线的嵌入式分布系统方案，安置在机体内部，由主控芯片STM32和电机图 5 硬件原理框图Fig. 5 Hardware schematic diagramElmo 驱动器两部分组成。
多传感器信息融合系统采用基于Cortex-M3核心的数据采集单元，实时采集电机运动信息、GPS 、超声波传感器、红外探测器以及能源状态信息，在嵌入式控制系统中综合处理。
机器人数据通信平台采用2.4GHz 的ISM 频段，采用ARM 为主体的星型拓扑结构，并搭载惯性制导仪等。
机器人的视觉信息则通过1.2GHz 通讯频段传递，以避免2.4GHz 移动通讯频段的拥挤所导致的图像失真。
机器人整体硬件原理框图如图5所示。
2) 软件设计控制系统软件是控制系统的核心，它主要完成调度、协调系统各个硬件模块的工作，实现信息整合、任务分配、运动管理等功能。
控制软件系统由机载系统软件和总控平台软件两大部分组成。
总控平台软件运行于便携式计算机中，主要由运动行为规划模块、视频显示模块、实时数字图像处理模块、人机接口模块和串口通信模块组成，软件采用VISUAL C++ 6.0在WIN XP 系统下开发完成，总控平台的人机交互界面如图6所示。
图 6人机交互界面 Fig. 6 HCI platform机载系统软件以嵌入式实时多任务操作系统Linux 为开发平台，采用面向对象的多线程编程技术开发完成，编程语言为C++。
分别建立运动控制、数据采集、串口通讯等对象，各对象内建立相对独立的运行线程，协作完成机载系统各部分任务。
5 轮腿式机器人物理样机实验1) 仿真分析为了规划轮腿式机器人在采用三角步态运动时其各腿间的相互关系，利用3Ds MAX对其执行三角步态时各腿间的相互关系模拟仿真，以确定正确的运动参数，其模拟步态如图7所示。
图7三角步态模拟仿真Fig. 7 Tripod gait simulation2)实验验证实验证明轮腿式机器人能够完成起立、行进等多项运动，达到了运动速率和灵活性的协调统一。
再配合上多传感器信息融合技术和数字图像处理技术，能够可靠、稳定地实现了轮腿式机器人自主避障和特种侦查的功能。
图8启动步态与各轮腿位移实际期望拟合Fig. 8 Start gait and actual displacement fitted by expectance 6结语设计与研制了一种新型小尺寸、轻体重、多用途的轮腿式机器人，以“移动式控制平台+嵌入式分布控制系统+多传感器信息融合系统”，实现了机器人的三角步态运动和自主避障探测的主体功能。
