井下探測(cè)機(jī)器人控制系統(tǒng)研制及其運(yùn)動(dòng)性能分析.pdf

1、煤礦井下容易發(fā)生瓦斯、煤塵等爆炸，人員進(jìn)入探測(cè)具有高危險(xiǎn)性。因此，煤礦井下探測(cè)機(jī)器人的研究對(duì)減少礦井下救護(hù)人員傷亡、提高應(yīng)急搶險(xiǎn)能力、井上決策建議具有重要的實(shí)際意義。
　　本文結(jié)合哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所為唐山開(kāi)誠(chéng)電器有限公司研制的“煤礦井下探測(cè)機(jī)器人”項(xiàng)目，初步完成了如下的研究工作：
　　首先完成了井下探測(cè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試工作。該機(jī)器人為三節(jié)履帶機(jī)構(gòu)形式，分為驅(qū)動(dòng)部分、擺臂部分和擺腿部分。控制系統(tǒng)分為井

2、下機(jī)器人控制系統(tǒng)和井上控制盒遙控系統(tǒng)兩部分。井下機(jī)器人控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)控制、井下視頻音頻信號(hào)采集及溫度、風(fēng)速、CO、CH4傳感器的數(shù)據(jù)采集。井上控制盒遙控系統(tǒng)用于接收井下傳來(lái)圖像及聲音信息，并通過(guò)兩個(gè)控制搖桿和控制按鍵對(duì)系統(tǒng)發(fā)出控制命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下系統(tǒng)的遙控。
　　其次，完成了機(jī)器人越障及轉(zhuǎn)彎兩方面的理論研究：
　　針對(duì)井下復(fù)雜的地形環(huán)境建立了越障運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和機(jī)器人特殊姿態(tài)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，規(guī)劃了上臺(tái)階、下臺(tái)階、越溝等越障動(dòng)

3、作的步驟，機(jī)器人自動(dòng)越過(guò)垂直障礙的方法。分析了該機(jī)器人的越障能力如越障的最大高度、越垂直障礙的最穩(wěn)定姿態(tài)和最大越溝寬度等。
　　針對(duì)履帶移動(dòng)機(jī)器人轉(zhuǎn)彎的特殊運(yùn)動(dòng)情況，建立了履帶移動(dòng)機(jī)器人轉(zhuǎn)彎的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)機(jī)器人轉(zhuǎn)彎時(shí)的驅(qū)動(dòng)力和轉(zhuǎn)向阻力矩的來(lái)源進(jìn)行了較為深入的分析。在建立的模型基礎(chǔ)上，分析了由離心力引起的側(cè)向滑動(dòng)角和由履帶打滑引起的縱向滑動(dòng)系數(shù)變化后，轉(zhuǎn)彎軌跡的變化，分析了地面縱向摩擦系數(shù)和側(cè)向摩擦系數(shù)發(fā)生變化后，轉(zhuǎn)彎加速