本文關(guān)鍵詞：基于激光點(diǎn)云的爬壁機(jī)器人越障規(guī)劃方法研究

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【摘要】：近年來,隨著人們對(duì)生命財(cái)產(chǎn)安全要求的意識(shí)增強(qiáng),航空安全問題得到了人們的廣泛關(guān)注,具有運(yùn)動(dòng)速度快、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定、反應(yīng)靈活的爬壁機(jī)器人在飛機(jī)蒙皮檢測和反劫機(jī)的反恐任務(wù)中具有廣闊的應(yīng)用前景。在飛機(jī)蒙皮檢測應(yīng)用中它能夠減少操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,提高故障檢出率;在反劫機(jī)的應(yīng)用中,它能夠最大限度的保證反恐人員的安全。本課題得到國家“863”計(jì)劃項(xiàng)目“飛機(jī)壁面爬行探測機(jī)器人”(課題編號(hào):2009AA04Z2171)和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“飛機(jī)蒙皮檢測機(jī)器人熱力轉(zhuǎn)換與振動(dòng)的映射機(jī)理與實(shí)驗(yàn)研究”(課題編號(hào):61179049)的支持。本文針對(duì)基于激光點(diǎn)云的爬壁機(jī)器人越障規(guī)劃方法展開研究工作。主要包括以下四個(gè)方面的內(nèi)容:第一,為實(shí)現(xiàn)爬壁機(jī)器人平穩(wěn)的、快速的在飛機(jī)蒙皮表面運(yùn)動(dòng),結(jié)合實(shí)際樣機(jī)對(duì)控制器小尺寸、低功耗和輕量化的要求,確定爬壁機(jī)器人控制器具體設(shè)計(jì)方案。詳細(xì)介紹了主控芯片選型、系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案及主控制芯片的資源分配情況。并結(jié)合硬件電路詳細(xì)說明新型輪足復(fù)合式爬壁機(jī)器人的硬件系統(tǒng)的各個(gè)部分的詳細(xì)設(shè)計(jì)內(nèi)容。第二,針對(duì)爬壁機(jī)器人自主越障的需求,結(jié)合爬壁機(jī)器人的工作環(huán)境,提出了利用二維激光測距儀實(shí)現(xiàn)爬壁機(jī)器人運(yùn)動(dòng)環(huán)境建模。搭建了三維激光掃描系統(tǒng),在上位機(jī)上驗(yàn)證所提出的基于點(diǎn)云矩陣的三角網(wǎng)格構(gòu)建算法的正確性。利用三角平面法向量聚類算法對(duì)激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)邊界特征信息的提取,并利用均方差對(duì)結(jié)果進(jìn)一步處理,提取出更為精確的環(huán)境邊界特征信息,實(shí)現(xiàn)環(huán)境建模。第三,分析了為實(shí)現(xiàn)爬壁機(jī)器人能夠順利越障,爬壁機(jī)器人應(yīng)該執(zhí)行的運(yùn)動(dòng)模式。明確了先執(zhí)行輪式運(yùn)動(dòng)模式后執(zhí)行雙足運(yùn)動(dòng)模式的策略完成爬壁機(jī)器人的越障任務(wù)。重點(diǎn)分析了爬壁機(jī)器人在輪式運(yùn)動(dòng)下的模糊控制器的設(shè)計(jì)。通過爬壁機(jī)器人在輪式運(yùn)動(dòng)模式下的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程結(jié)合爬壁機(jī)器人在飛機(jī)壁面可能的運(yùn)動(dòng)狀況設(shè)計(jì)出爬壁機(jī)器人的模糊控制器。第四,本文中的實(shí)驗(yàn)研究。首先,對(duì)激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,驗(yàn)證了所提算法能夠有效的實(shí)現(xiàn)對(duì)爬壁機(jī)器人運(yùn)動(dòng)環(huán)境的三角網(wǎng)格構(gòu)建,并能夠準(zhǔn)確的提取出前方環(huán)境的邊界特征信息,完成環(huán)境建模。其次,對(duì)所設(shè)計(jì)的模糊控制器進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),確定爬壁機(jī)器人在輪式運(yùn)動(dòng)模式下,能夠運(yùn)用所設(shè)計(jì)的模糊控制器實(shí)現(xiàn)爬壁機(jī)器人從附著面任意位置移動(dòng)到理想越障位置。最后對(duì)雙足運(yùn)動(dòng)模式下的爬壁機(jī)器人樣機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了爬壁機(jī)器人樣機(jī)具有較好的跨越障礙物的能力。上述實(shí)驗(yàn)的最終結(jié)果可以預(yù)見,爬壁機(jī)器人能夠通過二維激光測距儀完成在飛機(jī)蒙皮表面的越障任務(wù)。
【學(xué)位授予單位】：沈陽理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP242

【參考文獻(xiàn)】

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1 袁慎芳;邱雷;吳鍵;孫亞杰;王強(qiáng);;大型飛機(jī)的發(fā)展對(duì)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的需求與挑戰(zhàn)[J];航空制造技術(shù);2009年22期

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本文編號(hào)：1277443