煤礦井下探測機器人路徑規(guī)劃和運動控制的研究.pdf

1、煤礦井下探測機器人的主要作用是替代人員進入災后的礦井，探測井下的環(huán)境信息以及人員的傷亡情況，并將其發(fā)送到指揮中心。因此，煤礦井下探測機器人的研究對減少人員傷亡和煤礦救災工作的順利開展有重要意義。課題來源于山西省科技攻關項目“煤礦井下搜救探測機器人技術與系統(tǒng)研究”，本文研究的路徑規(guī)劃和運動控制技術是該課題研究的關鍵技術，是煤礦井下探測機器人順利完成其探測任務的保障。
　　 煤礦井下探測機器人路徑規(guī)劃的主要任務是在災后井下障礙物不確

2、定的環(huán)境中，尋找一條從起始點到目標點的安全避碰路徑，且所走路徑較短、能源消耗最少。結合煤礦井下探測機器人的特點，首先，本文采用了基于柵格的機器人局部環(huán)境建模方法；其次，根據(jù)標準微粒群算法容易陷入局部最優(yōu)的缺點，通過對微粒的重新隨機初始化，改進了微粒群的算法，并通過仿真驗證了改進算法的可行性；再次，在研究微粒群算法的基礎上，提出了基于行為學和微粒群算法的煤礦井下探測機器人的路徑規(guī)劃方法，根據(jù)行為學把機器人的路徑規(guī)劃行為分解為駛向目標的行為

3、和避障行為，同時根據(jù)滾動掃描區(qū)域里障礙物信息的不同來確定機器人的行為，并通過應用兼顧全局的子目標的確定方法，也使該路徑規(guī)劃在保證局部最優(yōu)的同時兼顧了全局最優(yōu)；最后，通過對基于行為學和微粒群算法的路徑規(guī)劃方法的MATLAB仿真，驗證了本文算法的有效性。
　　 根據(jù)煤礦井下探測機器人的機構特點，把煤礦井下探測機器人的運動控制主體分為了主驅動模塊和搖臂驅動模塊。首先，根據(jù)輪式機器人的運動學模型，推導出了主驅動模塊的運動學方程和在直行、

4、轉彎時兩個履帶的速度公式；其次，通過把機器人的搖臂簡化為空間連桿開鏈機構，推導出了機器人搖臂模塊的運動學方程；再次，結合煤礦井下探測機器人的工作條件和自身特點，對其運動控制系統(tǒng)的硬件和軟件系統(tǒng)進行了選型和設計，其中，經(jīng)過對軟件系統(tǒng)中的“路徑動態(tài)顯示”窗口和“圖像采集窗口”的調試，不僅實現(xiàn)了機器人合理路徑、障礙物信息和井下環(huán)境的可視化，并也為機器人的遠程監(jiān)控與控制奠定了基礎；最后，應用Pro-Engineer軟件建立了煤礦井下探測機器人的