【摘要】：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,以煤礦救援探測為應(yīng)用方向,以環(huán)境探測、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)境探測系統(tǒng)的功能需求,對(duì)煤礦救援機(jī)器人的環(huán)境探測系統(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)境探測系統(tǒng),在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了環(huán)境探測數(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)境探測性能進(jìn)行了測試。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)了以紅外測距傳感器、傾角傳感器、慣性測量單元、直流無刷電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器為基礎(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)。通過將兩種測量距離不同的紅外測距傳感器組合使用,實(shí)時(shí)監(jiān)測煤礦救援機(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)測機(jī)器人的姿態(tài)角,并與傾角自適應(yīng)控制知識(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)前方機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡的分段跟蹤,實(shí)現(xiàn)三臺(tái)機(jī)器人的協(xié)同控制。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TD774;TP242
【圖文】：

到用于實(shí)迪亞國了初步探工遇難界危險(xiǎn)作資助的礦(a)目前為止，際應(yīng)用的還家實(shí)驗(yàn)室的探究實(shí)驗(yàn)[21 人受重傷作業(yè)機(jī)器人礦井救援機(jī)) MiniBot 機(jī)器圖 1-1Figure由于現(xiàn)有技還很少。19的工作人員22]。2006 年傷。此次煤人制造的美機(jī)器人，如器人美國 Discov1-1 US Disco技術(shù)問題以88 年 11 月親臨現(xiàn)場對(duì)1 月 2 日礦災(zāi)害事故國Remotec圖 1-3 所示erMiner 公司overMiner de以及煤礦環(huán)境24 日，W對(duì) RATLER，在西弗吉故中，使用c 公司研發(fā)示。(b)司研制的救援eveloped rescu境條件的復(fù)Willow CreeR 機(jī)器人（如吉尼亞州的了 V2 煤礦、美國礦山) MOLE 機(jī)器援機(jī)器人ue robot復(fù)雜情況，煤ek 煤礦遭受如圖 1-2 所薩戈煤礦發(fā)礦救援機(jī)器人安全和健康器人煤礦救援機(jī)受嚴(yán)重的火所示）的適用發(fā)生爆炸，人，它是由康管理局（M機(jī)器人應(yīng)火災(zāi)，桑用性進(jìn)行12 名礦由引領(lǐng)世MSHA）

制約以及陷在軌道日從事救SOURY連接的KAMEG能夠進(jìn)入了一種其具有較圖起來像使用激及機(jī)器人自道上。本對(duì)于煤礦援機(jī)器人研YU-II 和 SO的三個(gè)履帶GAWA 等[2入狹窄空間四節(jié)四面履較好的抗傾1-5 是由卡高爾夫球車光來“看”自身存在一礦探測救援研究的學(xué)者OURYU-III帶機(jī)構(gòu)構(gòu)成29]設(shè)計(jì)了一間，具有良好履帶救援機(jī)傾翻能力�？突仿〈筌�，能夠在黑暗前方定的局限性機(jī)器人也做者之一，由他I[28]。SOUR成履帶的機(jī)一款新的救援好的越障和機(jī)器人“MO大學(xué)機(jī)器人在黑暗的隧道的障礙物[1碩士學(xué)位論文性，V2 機(jī)器做了很多的他帶頭研制RYU-III 分別機(jī)器人，如援機(jī)器人平和底面適應(yīng)能OIRA”，該人研究所研制道和映射廢2, 34]。文器人只能夠穿研究，東京制的蛇形機(jī)器別連接作為圖 1-4 所平臺(tái)，該機(jī)器能力。日本該機(jī)器人用制的名為土廢棄礦井下進(jìn)穿透約 700m京工業(yè)大學(xué)的器人主要有為與能夠姿勢所示。日本器人由多節(jié)履本京都大學(xué)用電機(jī)同時(shí)驅(qū)土撥鼠的機(jī)器進(jìn)行一些最m 進(jìn)入礦井的廣瀨[25, 26有 SOURYU勢變化的活本東京工業(yè)履帶車連接OSUKA 等驅(qū)動(dòng)四周履器人[11, 31-33最危險(xiǎn)的業(yè)務(wù)井后而被6]是最早U-I[27]，活動(dòng)關(guān)節(jié)業(yè)大學(xué)的接而成，[30]研制履帶，使3]，它看務(wù)工作，

(a)單模鏈?zhǔn)綑C(jī)器人 (b)雙模鏈?zhǔn)綑C(jī)器人 (c)三模鏈?zhǔn)綑C(jī)器人圖 1-6 沈陽自動(dòng)化研究的鏈?zhǔn)綑C(jī)器人Figure 1-6 Shenyang Automation Research chain robot中國礦業(yè)大學(xué)于 2006 年研制出國內(nèi)第一臺(tái)煤礦搜救機(jī)器人 CUMT-I[39]，之后又研制出其他的 CUMT 系列煤礦探測救援機(jī)器人，如圖 1-7 所示。CUMT-I 機(jī)器人采用自主避障和遙控引導(dǎo)相結(jié)合的行走控制方式，可以探測到礦井深處事故現(xiàn)場的火災(zāi)溫度、瓦斯?jié)舛�、�?zāi)害場景、呼救聲訊等信息，并將這些信息和圖像實(shí)時(shí)回傳給指揮中心，輔助救災(zāi)指揮人員決策。同時(shí)，該機(jī)器人還可攜帶急救藥品、食物、生命維持液和簡易自救工具，以協(xié)助被困人員實(shí)施自救和逃生。在之后的 CUMT-II、CUMT-III 的研發(fā)過程中，李永旺等相繼在煤礦救援機(jī)器人的防爆殼體、通信、運(yùn)動(dòng)控制、越障性能、自主避障和定位技術(shù)等方面進(jìn)行了深入研究[40-45]。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前8條

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本文編號(hào)：2783341