煤礦井下探測(cè)機(jī)器人人機(jī)交互控制系統(tǒng).pdf

1、中國(guó)是一個(gè)礦難事故多發(fā)的國(guó)家，礦難發(fā)生后的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境具有復(fù)雜性、未知性及潛在的二次傷害等特點(diǎn)，在搜救過(guò)程中，救護(hù)隊(duì)員時(shí)刻面臨許多威脅自身安全的危險(xiǎn)和挑戰(zhàn)。因此，將搜救機(jī)器人應(yīng)用于礦難救援具有非常重要的意義。本課題研究了一種煤礦井下探測(cè)機(jī)器人系統(tǒng)，可以通過(guò)人機(jī)交互控制，代替救護(hù)隊(duì)員及時(shí)、快速地深入礦井災(zāi)區(qū)進(jìn)行環(huán)境探測(cè)和幸存者搜尋等工作，從而為下一步營(yíng)救行動(dòng)的計(jì)劃、決策等提供可靠的依據(jù)。
　　 本文首先研究了移動(dòng)機(jī)器人的常見(jiàn)體系結(jié)構(gòu)和

2、控制模式，并建立了一種人機(jī)交互控制體系結(jié)構(gòu)模型，它融合了層次式和基于行為的控制體系，同時(shí)將人的綜合判斷推理能力融入到整個(gè)探測(cè)機(jī)器人系統(tǒng)中，使人的智能與機(jī)器智能優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，從而使機(jī)器人系統(tǒng)的反應(yīng)速度、自主性、靈活性以及并行處理信息的能力得到提高和增強(qiáng)。本文還對(duì)機(jī)器人遠(yuǎn)程人機(jī)交互模式進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì)，在人機(jī)交互模式下，操作員、遠(yuǎn)程指揮中心和機(jī)器人之間進(jìn)行了有效地智能分工和配合，使得遙操作和機(jī)器人的自主能力有機(jī)結(jié)合，提高了機(jī)器人執(zhí)行搜索和探測(cè)任

3、務(wù)的能力和效率。
　　 然后，基于開(kāi)放性和模塊化的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)了機(jī)器人人機(jī)交互控制系統(tǒng)分布式控制網(wǎng)絡(luò)，這是機(jī)器人系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、有效運(yùn)行的關(guān)鍵。在分布式結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，對(duì)機(jī)器人本體控制系統(tǒng)各功能模塊節(jié)點(diǎn)以及機(jī)器人人機(jī)交互接口進(jìn)行了詳細(xì)的軟硬件設(shè)計(jì)，并分析和設(shè)計(jì)了機(jī)器人的通信協(xié)議以及消息調(diào)度機(jī)制，從而為其后對(duì)機(jī)器人智能控制的研究打下基礎(chǔ)。
　　 最后，在人機(jī)交互控制構(gòu)架下，給出了一個(gè)較為詳細(xì)的探測(cè)機(jī)器人越障任務(wù)實(shí)現(xiàn)方法。針對(duì)

4、機(jī)器人典型越障任務(wù)進(jìn)行了動(dòng)作規(guī)劃，并通過(guò)分析機(jī)器人質(zhì)心變化規(guī)律和傾翻臨界情況得出了機(jī)器人平穩(wěn)越障的控制規(guī)律，進(jìn)而對(duì)機(jī)器人越障行為控制策略進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì)。在課題研究的過(guò)程中，通過(guò)一系列煤礦井下巷道現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，對(duì)機(jī)器人控制系統(tǒng)的性能、環(huán)境適應(yīng)能力、人機(jī)交互控制方案的可行性等進(jìn)行了測(cè)試和驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用人機(jī)交互控制，可以在保證機(jī)器人安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行的前提下有效地完成各種越障動(dòng)作，并能夠?qū)τ龅降母鞣N危險(xiǎn)情況及時(shí)做出應(yīng)急響應(yīng)，大大提高