煤礦井下探測機器人導(dǎo)航與控制研究.pdf

1、煤礦的安全生產(chǎn)一直是社會關(guān)注的話題，主要是因為煤炭生產(chǎn)是高風(fēng)險的工作，煤礦的透水、瓦斯爆炸和坍塌等事故屢見不鮮。在煤礦事故中，救援人員需要在很短的時間內(nèi)尋找被困人員。對于被困人員來說，時間就是生命;對于救援者來說事故現(xiàn)場是一個未知的環(huán)境，安全隱患增加了救援工作的難度。為了解決這個棘手的問題，機器人被應(yīng)用到煤礦救援中，可極大地提高煤礦救援工作的安全性與救援成功的機率。因此，煤礦探測機器人的研究和應(yīng)用，對于提高煤礦災(zāi)難的救援速度、減少生命和

2、財產(chǎn)損失具有十分重要的意義。
　　 煤礦探測機器人是一種根據(jù)煤礦井下環(huán)境研制的機器人，需要在一個未知的環(huán)境中工作，因而必須具備自主的環(huán)境適應(yīng)能力。本文以TUT-CMDR履帶型煤礦探測機器人為研究平臺，對其自主導(dǎo)航與控制技術(shù)進行研究。
　　 本文介紹了機器人的總體結(jié)構(gòu)，介紹了機器人的機械系統(tǒng)、電子系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，介紹了機器人的基本機械結(jié)構(gòu)、控制單元、驅(qū)動系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)模塊單元。
　　 本文進行了機器人的運動學(xué)仿真分

3、析。推導(dǎo)出了履帶機器人在水平地面、斜坡運動時的運動方程，得出任意時刻機器人的位姿變換的關(guān)系式;利用D-H機構(gòu)運動學(xué)方法，建立了機器人的運動學(xué)模型，初步對機器人水平和爬坡運動的質(zhì)心運動學(xué)模型進行理論分析。采用RecurDyn軟件的低機動性履帶包對TUT-CMDR履帶型煤礦探測機器人進行了建模，并在RecurDyn軟件中定義了機器人運動的路況信息，進行了機器人在不同路況下的運動仿真，驗證了結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。
　　 本文進行了機器人避

4、障導(dǎo)航系統(tǒng)的研究。介紹了幾種導(dǎo)航與避障的方法，通過對避障方法的比較，選定人工勢場法進行機器人的避障研究。在Matlab軟件中進行人工勢場法的仿真實驗，證明該方法具有良好的避障效果。
　　 本文進行了機器人電機轉(zhuǎn)速控制的研究，提出了遺傳算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在電機轉(zhuǎn)速控制PID參數(shù)自整定中的運用。建立了TUT-CMDR電機傳動系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型，利用遺傳算法對BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的初始權(quán)值和閾值進行優(yōu)化，再利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對PID控制器參數(shù)