煤礦救援機器人環(huán)境探測與運動控制研究.pdf

1、煤礦發(fā)生災害事故之后，井下是一個復雜的非結構化環(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。煤礦救援機器人可代替救援人員先行進入災害現(xiàn)場，獲取災害現(xiàn)場的環(huán)境信息，協(xié)助救援人員完成后續(xù)救援任務。本文以煤礦救援機器人運動控制為核心，以煤礦救援探測為應用方向，以環(huán)境探測、運動控制、智能化控制和多機器人協(xié)同控制四個部分內容進行。
　　通過分析煤礦救援機器人環(huán)境探測系統(tǒng)的功能需求，對煤礦救援機器人的環(huán)境探測

2、系統(tǒng)進行了研究和設計。選用以甲烷傳感器、CD10多參數(shù)測定器、紅外攝像機、礦用本安型麥克風和音響組建煤礦救援機器人的環(huán)境探測系統(tǒng)，在此基礎上設計了環(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，并設計了一種簡便的適用于煤礦救援機器人的甲烷傳感器，對機器人的環(huán)境探測性能進行了測試。
　　通過分析運動控制系統(tǒng)所需的功能，對煤礦救援探器人的運動控制系統(tǒng)進行了研究和設計。設計了以紅外測距傳感器、傾角傳感器、慣性測量單元、直流無刷電機和驅動器

3、為基礎的運動控制系統(tǒng)和運動控制器，并在運動控制程序中引入PID閉環(huán)控制使機器人速度更加穩(wěn)定，通過一系列試驗對機器人的運動控制性能進行了測試。
　　在機器人的行為方式上對煤礦救援探器人的自主避障、傾角自適應控制、定位與軌跡記錄、自我保護進行了研究和設計。通過將兩種測量距離不同的紅外測距傳感器組合使用，實時監(jiān)測煤礦救援機器人前方和左右兩側的障礙物信息，并根據(jù)知識庫選擇避障行為。通過傾角傳感器實時監(jiān)測機器人的姿態(tài)角，并與傾角自適應控制知

4、識庫內容進行比對，實現(xiàn)機器人速度和模式適時調整。通過電機轉速信息和航向角信息的融合，使用航位推測算法實現(xiàn)了對煤礦救援機器人的定位，并記錄機器人的運動軌跡。通過避障保護、傾角保護和失聯(lián)保護三重保護機制實現(xiàn)機器人在危險情況下的自我保護。
　　從多機器人協(xié)同通信、體系結構、跟蹤三個方面對煤礦救援多機器人協(xié)同控制技術進行了研究。通過三臺機器人通信接力的協(xié)作方式來實現(xiàn)井下臨時通信系統(tǒng)的組建。根據(jù)機器人自主定位軌跡記錄信息，通過后方機器人對前