仿生感知機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)相關(guān)技術(shù)研究.pdf

1、仿生感知機(jī)器人研究是希望攻克仿生感知和控制關(guān)鍵技術(shù)，研制出微小型遙操作仿生感知空間機(jī)器人實(shí)驗(yàn)演示系統(tǒng)。這種微型空間飛行器具有代價(jià)小、功效大的特點(diǎn)。而仿生感知機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)是自主軟著陸系統(tǒng)。如何對(duì)機(jī)器人的速度及姿態(tài)進(jìn)行精確控制，實(shí)現(xiàn)其能在指定區(qū)域內(nèi)的自主軟著陸功能是該項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。因此作為小型智能飛行機(jī)器人的一項(xiàng)預(yù)研工作，要在有限的條件下，通過(guò)合理配置集成多傳感器數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)，構(gòu)建一種可用于空間飛行機(jī)器人的自主軟著陸系統(tǒng)的

2、模擬試驗(yàn)平臺(tái)，是順利進(jìn)行仿生感知機(jī)器人項(xiàng)目研究的前提和保證。 本文是在中國(guó)科學(xué)院合肥智能機(jī)械研究所重點(diǎn)創(chuàng)新基金項(xiàng)目--“仿生感知機(jī)器人”的資助下，選擇以模型直升機(jī)為飛行實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)運(yùn)用機(jī)器人學(xué)、現(xiàn)代傳感器技術(shù)和智能控制技術(shù)，采用理論分析、仿真分析相結(jié)合的方法，對(duì)基于軟著陸任務(wù)的系統(tǒng)平臺(tái)的構(gòu)建、模型參數(shù)辨識(shí)及相關(guān)的控制方法等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析研究： 1、構(gòu)建了基于模型直升機(jī)自主軟著陸系統(tǒng)平臺(tái)： 仿生感知機(jī)器人技術(shù)

3、的關(guān)鍵是自主軟著陸系統(tǒng)。如何在有限的條件下，順利開(kāi)展針對(duì)仿生感知機(jī)器人的速度及姿態(tài)進(jìn)行精確控制，實(shí)現(xiàn)其在指定區(qū)域內(nèi)的自主軟著陸功能，是仿生感知機(jī)器人技術(shù)研究所面臨的首要問(wèn)題。本文在全面詳細(xì)的課題調(diào)研論證基礎(chǔ)上，選擇以無(wú)人直升機(jī)為飛行平臺(tái)，采用以MP2128為核心，配合基于軟著陸為目標(biāo)任務(wù)所必需的傳感器、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和傳輸設(shè)備，而構(gòu)建出的一個(gè)高效的軟硬件平臺(tái)。利用這個(gè)平臺(tái)，結(jié)合相應(yīng)的控制軟件，可以對(duì)直升機(jī)的飛行數(shù)據(jù)和飛行狀態(tài)進(jìn)行有效

4、處理，并根據(jù)控制要求，實(shí)時(shí)對(duì)直升機(jī)飛行狀況進(jìn)行有效控制。 2、模型直升機(jī)數(shù)學(xué)模型參數(shù)辨識(shí)的分析研究： 模型直升機(jī)是一個(gè)多輸入多輸出、強(qiáng)耦合、非線性的時(shí)變系統(tǒng)。這些特點(diǎn)使得模型直升機(jī)的數(shù)學(xué)模型的建立十分困難。雖然從上個(gè)世紀(jì)開(kāi)始，國(guó)內(nèi)外就有很多研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)進(jìn)行無(wú)人駕駛直升機(jī)的研究和開(kāi)發(fā)，但有關(guān)無(wú)人直升機(jī)動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)辨識(shí)的成果目前仍然十分有限。 本文首先對(duì)模型直升機(jī)的主旋翼、尾槳、機(jī)身、水平尾翼、垂直尾翼等各個(gè)組成

5、部件的空氣動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行了詳細(xì)的受力分析，建立了較為完整的直升機(jī)非線性動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型。在此非線性模型的基礎(chǔ)上，采取一些合理的假設(shè)，對(duì)此模型進(jìn)行了進(jìn)一步的簡(jiǎn)化，得到一個(gè)通用的模型直升機(jī)線性化數(shù)學(xué)模型。然后，在分析比較多種常用的辨識(shí)算法的基礎(chǔ)上，根據(jù)模型直升機(jī)的特點(diǎn)，首次將子空間辨識(shí)方法引入模型直升機(jī)的數(shù)學(xué)模型參數(shù)辨識(shí)中，并利用MATLAB對(duì)模型直升機(jī)的垂直偏航耦合運(yùn)動(dòng)和全狀態(tài)運(yùn)動(dòng)的參數(shù)進(jìn)行了辨識(shí)研究，得到了較為精確的辨識(shí)結(jié)果。仿真結(jié)果表明

6、，子空間辨識(shí)算法對(duì)模型直升機(jī)數(shù)學(xué)模型的參數(shù)辨識(shí)是有效的。 3、模型直升機(jī)偏航-垂直耦合運(yùn)動(dòng)自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器研究： 模型直升機(jī)的模型結(jié)構(gòu)和空氣動(dòng)力學(xué)的復(fù)雜性給無(wú)人駕駛控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來(lái)了極大的困難和挑戰(zhàn)。本文在比較分析了現(xiàn)有的多種控制技術(shù)和控制方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合本研究的任務(wù)特點(diǎn)，對(duì)模型直升機(jī)軟著陸的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一的偏航-垂直耦合運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了分析，設(shè)計(jì)出基于自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制方法的模型直升機(jī)偏航-垂直耦合運(yùn)動(dòng)控制器，并通