煤礦救援機(jī)器人環(huán)境探測(cè)與運(yùn)動(dòng)控制研究.pdf

1、煤礦發(fā)生災(zāi)害事故之后，井下是一個(gè)復(fù)雜的非結(jié)構(gòu)化環(huán)境，事故現(xiàn)場可能出現(xiàn)的坍塌巷道、瓦斯等有害氣體給救援人員的安全帶來了潛在危險(xiǎn)。煤礦救援機(jī)器人可代替救援人員先行進(jìn)入災(zāi)害現(xiàn)場，獲取災(zāi)害現(xiàn)場的環(huán)境信息，協(xié)助救援人員完成后續(xù)救援任務(wù)。本文以煤礦救援機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制為核心，以煤礦救援探測(cè)為應(yīng)用方向，以環(huán)境探測(cè)、運(yùn)動(dòng)控制、智能化控制和多機(jī)器人協(xié)同控制四個(gè)部分內(nèi)容進(jìn)行。
　　通過分析煤礦救援機(jī)器人環(huán)境探測(cè)系統(tǒng)的功能需求，對(duì)煤礦救援機(jī)器人的環(huán)境探測(cè)

2、系統(tǒng)進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì)。選用以甲烷傳感器、CD10多參數(shù)測(cè)定器、紅外攝像機(jī)、礦用本安型麥克風(fēng)和音響組建煤礦救援機(jī)器人的環(huán)境探測(cè)系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了環(huán)境探測(cè)數(shù)據(jù)采集卡硬件電路和環(huán)境數(shù)據(jù)采集程序，并設(shè)計(jì)了一種簡便的適用于煤礦救援機(jī)器人的甲烷傳感器，對(duì)機(jī)器人的環(huán)境探測(cè)性能進(jìn)行了測(cè)試。
　　通過分析運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)所需的功能，對(duì)煤礦救援探器人的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)了以紅外測(cè)距傳感器、傾角傳感器、慣性測(cè)量單元、直流無刷電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器

3、為基礎(chǔ)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)控制器，并在運(yùn)動(dòng)控制程序中引入PID閉環(huán)控制使機(jī)器人速度更加穩(wěn)定，通過一系列試驗(yàn)對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制性能進(jìn)行了測(cè)試。
　　在機(jī)器人的行為方式上對(duì)煤礦救援探器人的自主避障、傾角自適應(yīng)控制、定位與軌跡記錄、自我保護(hù)進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì)。通過將兩種測(cè)量距離不同的紅外測(cè)距傳感器組合使用，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)煤礦救援機(jī)器人前方和左右兩側(cè)的障礙物信息，并根據(jù)知識(shí)庫選擇避障行為。通過傾角傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)器人的姿態(tài)角，并與傾角自適應(yīng)控制知

4、識(shí)庫內(nèi)容進(jìn)行比對(duì)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人速度和模式適時(shí)調(diào)整。通過電機(jī)轉(zhuǎn)速信息和航向角信息的融合，使用航位推測(cè)算法實(shí)現(xiàn)了對(duì)煤礦救援機(jī)器人的定位，并記錄機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡。通過避障保護(hù)、傾角保護(hù)和失聯(lián)保護(hù)三重保護(hù)機(jī)制實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在危險(xiǎn)情況下的自我保護(hù)。
　　從多機(jī)器人協(xié)同通信、體系結(jié)構(gòu)、跟蹤三個(gè)方面對(duì)煤礦救援多機(jī)器人協(xié)同控制技術(shù)進(jìn)行了研究。通過三臺(tái)機(jī)器人通信接力的協(xié)作方式來實(shí)現(xiàn)井下臨時(shí)通信系統(tǒng)的組建。根據(jù)機(jī)器人自主定位軌跡記錄信息，通過后方機(jī)器人對(duì)前