未知環(huán)境中移動(dòng)機(jī)器人故障診斷技術(shù)的研究.pdf

1、隨著移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)機(jī)器人被應(yīng)用于許多場(chǎng)合，如：未知領(lǐng)域的探索、搜救行動(dòng)、軍事等。在移動(dòng)機(jī)器人的研究過(guò)程中，大部分研究都是建立在系統(tǒng)能夠以理想狀態(tài)工作的基礎(chǔ)上。但是，經(jīng)驗(yàn)表明，移動(dòng)機(jī)器人在真實(shí)環(huán)境中工作時(shí)，發(fā)生故障的現(xiàn)象還是很普遍的。尤其是在復(fù)雜的未知環(huán)境中，移動(dòng)機(jī)器人機(jī)械部件和控制系統(tǒng)極易出現(xiàn)故障，同時(shí)人類也無(wú)法對(duì)其進(jìn)行直接干預(yù)（或人類干預(yù)的代價(jià)太高），如果故障沒(méi)有檢測(cè)出來(lái)或者沒(méi)有得到及時(shí)的處理，移動(dòng)機(jī)器人將會(huì)以一種不可預(yù)測(cè)

2、和危險(xiǎn)的方式工作。這不僅會(huì)縮短移動(dòng)機(jī)器人的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使移動(dòng)機(jī)器人不能進(jìn)行正?；顒?dòng)，甚至可能會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。因此，移動(dòng)機(jī)器人故障診斷技術(shù)的研究具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 本文針對(duì)當(dāng)前移動(dòng)機(jī)器人的故障診斷技術(shù)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，結(jié)合相關(guān)學(xué)科理論取得的新成果，研究了若干未知環(huán)境中移動(dòng)機(jī)器人的故障診斷方法。本文的主要工作和取得的研究成果如下： 1．概述了國(guó)內(nèi)外故障診斷技術(shù)的研究現(xiàn)狀。對(duì)基于數(shù)學(xué)模型的故障診斷方法、

3、基于信號(hào)處理的故障診斷方法和基于知識(shí)的故障診斷方法進(jìn)行了分析討論。 2．詳細(xì)討論了未知環(huán)境中移動(dòng)機(jī)器人的故障診斷問(wèn)題。對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的系統(tǒng)組成、故障分類、各子系統(tǒng)的故障診斷方法進(jìn)行了研究。并對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)單元建立了運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型。 3．提出了一種基于多模型估計(jì)方法的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷技術(shù)。建立了移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)單元的故障模型。提出的故障診斷方法利用小腦模型關(guān)節(jié)控制器（CMAC）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分類逼近能力，建立故障征兆和故障

4、類型之間的精確映射，以實(shí)現(xiàn)故障診斷任務(wù)。仿真實(shí)驗(yàn)證明了該故障診斷技術(shù)在移動(dòng)機(jī)器人故障診斷上的有效性和可行性。 4．提出了一種基于粒子濾波器的算法，用于解決移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)（包括離散故障狀態(tài)和連續(xù)狀態(tài)）故障診斷和預(yù)測(cè)問(wèn)題?；诹Ｗ訛V波器的故障診斷和預(yù)測(cè)算法通過(guò)一組帶權(quán)值的粒子來(lái)估計(jì)系統(tǒng)的狀態(tài)，以此計(jì)算故障狀態(tài)的分布情況和故障發(fā)生的概率，從而判斷是否發(fā)生故障以及所發(fā)生的故障類型。仿真結(jié)果表明，所提出的故障診斷和預(yù)測(cè)方法能有效地診斷和預(yù)

5、測(cè)移動(dòng)機(jī)器人的故障模式。 5．提出了一種處理不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下移動(dòng)機(jī)器人故障的診斷方法。該故障診斷方法將移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行分類。在不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，考慮不同的故障模式，并用卡爾曼濾波器組處理不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下不同模式的故障發(fā)生的概率，根據(jù)故障發(fā)生的概率值判斷故障模式發(fā)生的可能性。與其他故障診斷方法相比，該故障診斷方法有效改善了誤診和漏診現(xiàn)象。仿真結(jié)果表明在移動(dòng)機(jī)器人故障診斷上的有效性和可行性。 最后，對(duì)本文的研究工作進(jìn)行了