搜救機器人人機協(xié)作行為控制研究.pdf

1、本文研究了一種關節(jié)履帶式搜救探測移動機器人系統(tǒng)。中國是一個自然災害和社會事故多發(fā)的國家，煤礦事故、泥石流、臺風等時有發(fā)生。這些災難發(fā)生后現(xiàn)場環(huán)境具有復雜性、未知性及潛在的二次傷害（比如煤礦的二次爆炸、建筑物的二次坍塌等）等特點，給救援隊員的生命安全帶來了很大隱患。因此有必要研制一種能在第一時間代替搜救隊員深入到這種危險災難環(huán)境并探測現(xiàn)場有用信息的移動機器人，為下一步營救行動的計劃、決策提供可靠依據(jù)。 本文首先研究了搜救機器人的基

2、本控制技術，這是搜救機器人穩(wěn)定、可靠、有效運行的關鍵。結合我們研制的搜救機器人平臺LUKER—Ⅰ到LUKER—Ⅱ的改進，設計了基于CAN總線的本體分布式控制網(wǎng)絡，并描述了具體的實現(xiàn)方法。對于機器人起關鍵作用的運動控制節(jié)點，主控節(jié)點以及姿態(tài)測量節(jié)點的實現(xiàn)思路和設計方法進行了重點介紹，從而為其后對機器人控制體系結構及智能行為的研究打下基礎。 本文還建立了一種遙操作方式的人—機器人協(xié)作控制框架。在該框架里人與機器人分工明確，密切協(xié)作，

3、充分利用各自的優(yōu)勢，提高整體的任務執(zhí)行效率。在此框架下操作員可作為直接操控者直接控制機器人的運動，稱為直接控制模式；操作員亦可通過人機交互接口分配一定的任務，機器人通過任務規(guī)劃器對任務進行行為解析，自主執(zhí)行行為控制，在此過程中操作員可通過監(jiān)督管理層實時監(jiān)督機器人的任務執(zhí)行過程，若發(fā)現(xiàn)意外情況可隨時強行介入機器人的任務執(zhí)行過程。本文還對該模型下的機器人的基于行為的智能控制系統(tǒng)進行了研究。針對搜救機器人在非結構環(huán)境下的姿態(tài)失穩(wěn)保護，設計了一

4、種反射式的行為控制方式，構成機器人諸多并行保護行為之一，提高了機器人在復雜地形條件下的安全性。機器人的姿態(tài)自主復位任務，在人機協(xié)作控制框架下利用有限狀態(tài)機來實現(xiàn)智能控制，融合了姿態(tài)失穩(wěn)保護等多種行為控制。 本文在人機協(xié)作控制構架下給出了一個較為詳細的搜救機器人凸臺越障的任務案例。針對凸臺越障任務給出了兩種動作規(guī)劃，并通過質心分析得出了兩種方式的越障高度和控制規(guī)律。規(guī)劃層將機器人規(guī)劃為兩個越障階段：姿態(tài)預調整和推進過程。姿態(tài)預調整

5、利用有限狀態(tài)機來實現(xiàn)；推進過程通過模糊Q學習保持推進過程的平穩(wěn)性。將訓練好的結果放到行為層去執(zhí)行提高了實時性。此外該任務還有機器人姿態(tài)失穩(wěn)保護應激行為并行執(zhí)行。操作員也通過監(jiān)督層監(jiān)督整個規(guī)劃層和行為層的執(zhí)行結果，進行必要的干預，把握整個任務執(zhí)行的過程。 本文最后一部分對遙操作模式下的搜救機器人的人機交互系統(tǒng)進行了研究。利用OPENGL編程技術和3D Studio強大的三維建模能力，實現(xiàn)了搜救機器人的遠程姿態(tài)模型再現(xiàn)功能，大大改進