基于激光點(diǎn)云的爬壁機(jī)器人越障規(guī)劃方法研究.pdf

1、近年來，隨著人們對生命財產(chǎn)安全要求的意識增強(qiáng)，航空安全問題得到了人們的廣泛關(guān)注，具有運(yùn)動速度快、運(yùn)動穩(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”計劃項目“飛機(jī)壁面爬行探測機(jī)器人”（課題編號：2009AA04Z2171）和國家自然科學(xué)基金項目“飛機(jī)蒙皮檢測機(jī)器人

2、熱力轉(zhuǎn)換與振動的映射機(jī)理與實(shí)驗(yàn)研究”（課題編號：61179049）的支持。本文針對基于激光點(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，結(jié)合實(shí)際樣機(jī)對控制器小尺寸、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)計方案。詳細(xì)介紹了主控芯片選型、系統(tǒng)的硬件設(shè)計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

3、各個部分的詳細(xì)設(shè)計內(nèi)容。
　　第二，針對爬壁機(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)

4、該執(zhí)行的運(yùn)動模式。明確了先執(zhí)行輪式運(yùn)動模式后執(zhí)行雙足運(yùn)動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)動下的模糊控制器的設(shè)計。通過爬壁機(jī)器人在輪式運(yùn)動模式下的運(yùn)動學(xué)方程結(jié)合爬壁機(jī)器人在飛機(jī)壁面可能的運(yùn)動狀況設(shè)計出爬壁機(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)對爬壁機(jī)器人運(yùn)動環(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。