應(yīng)急處理遙操作機器人控制方法研究.pdf

1、在戰(zhàn)場環(huán)境、恐怖襲擊或核化生污染等突發(fā)事件中往往會出現(xiàn)情況不明、危險度較高、不利于人員進入的非結(jié)構(gòu)化區(qū)域，而應(yīng)急處理遙操作機器人是一種能夠進入其中執(zhí)行現(xiàn)場環(huán)境探測、取樣并具有較強應(yīng)急處理能力的機器人，它的使用可以有效降低事故處理和救援人員所面對的風(fēng)險，提高事故響應(yīng)和處理的效率，具有明顯的社會效益和經(jīng)濟效益，是當(dāng)今機器人研究領(lǐng)域的重點之一。本文主線是從減輕操作人員負擔(dān)的角度出發(fā)，并結(jié)合所研制的兩種不同應(yīng)急處理機器人樣機，針對機器人在遙操作

2、條件下的局部自主控制方法及相關(guān)問題展開理論和實驗研究，旨在達到降低遙操作難度和增強遙操作感受的目的。
　　本文首先根據(jù)應(yīng)急處理遙操作機器人的任務(wù)和使用環(huán)境條件，設(shè)計和使用了兩種應(yīng)急處理機器人，一種為地形適應(yīng)能力較強的小型化履帶式機器人，該機器人體積小重量輕，滿足在地形復(fù)雜、空間限制明顯的環(huán)境中的使用要求;另一種為任務(wù)處理能力較強的輪式機器人，該機器人移動效率高，搭載能力強，機械臂有很強的的靈活操作能力，滿足快速處理而且目標(biāo)任務(wù)對處

3、理能力要求較高的任務(wù)需求。兩種機器人可以根據(jù)任務(wù)要求配備大量不同傳感器進行探測。根據(jù)機器人的不同結(jié)構(gòu)分別建立了運動學(xué)模型并加以分析，并設(shè)計了層次化的控制系統(tǒng)以及有效的遙操作控制方式和良好的人機交互界面，便于操作人員遠程控制機器人進行應(yīng)急處理工作。這兩種應(yīng)急處理遙操作機器人系統(tǒng)也作為以后工作研究的實驗平臺。
　　高自由度的遙操作機器人在被控過程中，具有動作靈活的優(yōu)點，但由于冗余度過高會造成自身動作不協(xié)調(diào)、控制方法過于復(fù)雜和操作員負擔(dān)

4、過重等缺點。針對這些問題，設(shè)計了一種多目標(biāo)優(yōu)化的冗余度解析方法，使得操作人員只需要規(guī)劃和關(guān)注于機器人的主目標(biāo)任務(wù)，而機器人能夠自主完成多個設(shè)定的次級目標(biāo)任務(wù)，從而能夠在非結(jié)構(gòu)環(huán)境中、不同任務(wù)約束下、不同功能需求下都能達到較好的性能。文中分析了非完整約束移動機器人的速度運動學(xué)模型，根據(jù)傳感器采集的信息、任務(wù)約束和功能需求將冗余度解析問題建模為多目標(biāo)優(yōu)化問題，并根據(jù)可能出現(xiàn)的外部干擾和功能需求設(shè)計了多個目標(biāo)子任務(wù)方程來滿足多目標(biāo)優(yōu)化的需求。

5、該方法將機械臂和移動底盤作為整體控制，有效提高機器人的整體協(xié)調(diào)能力，并為其設(shè)計了一種有效的動作路徑跟蹤控制器使機器人可以同時完成多項子任務(wù)。
　　遙操作機器人在翻越障礙或上下樓梯時會導(dǎo)致其姿態(tài)的劇烈變化，在極端情況下還會造成機器人的傾翻，而機器人系統(tǒng)的質(zhì)心位置對防傾翻安全性非常重要，針對這一特點，在不改變機器人現(xiàn)有結(jié)構(gòu)和不附加額外設(shè)備的情況下，利用機器人配備的機械臂在運動時對系統(tǒng)質(zhì)心位置的調(diào)節(jié)作用，設(shè)計了一種有效的增強型防傾翻功能

6、方法，提高機器人的防傾翻安全性。文中對機器人的側(cè)翻、仰翻、前傾翻狀態(tài)進行分析，并對機械臂運動導(dǎo)致系統(tǒng)質(zhì)心運動的分布情況加以研究，設(shè)計了一種基于系統(tǒng)質(zhì)心運動的機械臂控制方法，根據(jù)機器人的三種不同傾翻狀態(tài)提出了相對應(yīng)的增強型防傾翻功能算法。
　　在操作人員利用機械手爪進行遠程遙操作抓取目標(biāo)物時，系統(tǒng)的透明性和直觀性尤其重要，對操作人員來說最佳的操作感受是像用自己的手去抓取目標(biāo)物一樣，然而當(dāng)前的機械手爪遙操作系統(tǒng)都不能達到這一要求，另外