本文關(guān)鍵詞：可變形搜救機(jī)器人自主運(yùn)動(dòng)控制研究　出處：《沈陽建筑大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：目前,樓宇廢墟環(huán)境的復(fù)雜性和搜救工作的高效率需求,對(duì)廢墟搜救機(jī)器人提出了更高的要求。采用遙操作控制的搜救機(jī)器人,存在搜救效率低、通信信號(hào)中斷導(dǎo)致失聯(lián)等問題。機(jī)器人的自主化順應(yīng)了當(dāng)前災(zāi)難救援工作的需求,能夠更好地適應(yīng)顛簸的復(fù)雜廢墟環(huán)境、提高災(zāi)難救援的工作效率,并能在機(jī)器人失聯(lián)后確保機(jī)器人的自身安全。因此,災(zāi)難搜救機(jī)器人的自主運(yùn)動(dòng)控制研究成為機(jī)器人研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。本論文的研究內(nèi)容依托住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部“物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的建筑火災(zāi)監(jiān)測和救援機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)研究”課題和國家科技支撐計(jì)劃“機(jī)器人化地震應(yīng)急搜救裝備研制”課題展開。論文研究的主要內(nèi)容包括可變形搜救機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)理分析和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型建立,感知系統(tǒng)研究,顛簸環(huán)境下自主運(yùn)動(dòng)控制方法研究,自主攀爬樓梯運(yùn)動(dòng)控制研究和基于逆航跡推算的自主返回運(yùn)動(dòng)控制研究。首先,本論文以可變形搜救機(jī)器人平臺(tái)為基礎(chǔ),深入分析了可變形機(jī)器人直線運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)機(jī)理及變形機(jī)理,建立了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。第二,針對(duì)機(jī)器人感知系統(tǒng)的需求,設(shè)計(jì)了分布式、模塊化的感知系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在深入分析距離感知模塊、姿態(tài)感知模塊和航向感知模塊所應(yīng)用的超聲波傳感器、傾角傳感器和電子羅盤工作原理的基礎(chǔ)上,將傳感器的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一化處理。改進(jìn)了限幅濾波算法,對(duì)超聲波傳感器的量測數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波,解決了超聲波傳感器由于二次反射造成的量測誤差問題。第三,提出機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度與環(huán)境顛簸程度相協(xié)調(diào)的控制方法,解決顛簸環(huán)境下機(jī)器人自主運(yùn)動(dòng)的決策失誤問題。針對(duì)引起機(jī)器人發(fā)生顛簸的障礙物,建立了顛簸環(huán)境下機(jī)器人姿態(tài)的數(shù)學(xué)模型,設(shè)計(jì)了模糊控制器,并采用MATLAB仿真驗(yàn)證了控制策略的有效性。第四,針對(duì)機(jī)器人自主攀爬樓梯的關(guān)鍵過程分別設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)控制策略,解決機(jī)器人自主攀爬樓梯過程中與樓梯的碰撞問題。通過設(shè)計(jì)超聲波傳感器的安裝位置和方向,解決了機(jī)器人對(duì)樓梯底部臺(tái)階和頂部臺(tái)階的識(shí)別問題;通過控制機(jī)器人各模塊驅(qū)動(dòng)電機(jī)的角速度比例關(guān)系,解決了機(jī)器人在樓梯平臺(tái)與樓梯梯段過渡階段的平滑運(yùn)動(dòng)問題;采用MECE(相互獨(dú)立,完全窮盡)原則對(duì)機(jī)器人樓梯梯段運(yùn)動(dòng)過程中的方向和位置進(jìn)行控制;通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了控制策略的有效性和準(zhǔn)確性。最后,提出逆航跡推算自主返回控制策略,解決機(jī)器人因通信中斷而造成的失聯(lián)、失控問題。深入分析了逆航跡推算自主返回控制策略;制定了逆航跡推算自主返回控制策略的實(shí)現(xiàn)步驟;針對(duì)可變形搜救機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn),對(duì)逆航跡推算自主返回控制策略進(jìn)行了具體設(shè)計(jì);通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了逆航跡推算自主返回控制策略的有效性。本文的研究成果,已經(jīng)在可變形廢墟搜救機(jī)器人中得到了成功應(yīng)用。
【學(xué)位授予單位】：沈陽建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP242

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本文編號(hào)：1313531