多節(jié)煤礦搜索機器人運動規(guī)劃研究及控制系統設計.pdf

1、近年來，隨著經濟社會的發(fā)展，對煤炭資源的開發(fā)不斷的增加，隨之而來的各種礦難事件也不斷增加。由于災難發(fā)生的突然性，搜索人員無法了解礦井下的情況，難以在第一時間進入現場，許多礦工因救援不及時而喪生。因此開發(fā)一種用于井下搜索的機器人就顯得格外重要。
　　本文結合國家863項目“煤礦井下搜索機器人研制”，主要完成了如下的研究內容：
　　首先，建立了煤礦搜索機器人的運動學模型，對機器人的運動性能進行分析，基于空間分割和遺傳算法相結合的

2、混合算法求解機器人的逆運動學。在運動學分析的基礎上，采用牛頓-歐拉法建立煤礦搜索機器人的動力學模型，對機器人的動力學性能和穩(wěn)定性進行了分析，為控制提供理論依據。
　　其次，對機器人進行越障能力分析及運動規(guī)劃兩方面研究：針對井下復雜的地形環(huán)境分析了機器人的越障能力，規(guī)劃了機器人爬坡、爬樓梯、跨溝以及翻越垂直障礙的方法和步驟。然后基于動力學仿真軟件 RecurDyn對機器人進行了運動仿真。針對井下各種復雜的地形障礙，對機器人平地行走、

3、爬坡、爬樓梯、跨越溝壑以及最難翻越的垂直障礙進行了運動仿真，驗證了越障能力分析和運動規(guī)劃理論的正確性。為控制機器人越障提供理論依據。
　　最后，基于模塊化的設計思想研制了機器人的嵌入式控制系統。該系統由主控模塊、電機驅動模塊、多傳感器數據采集模塊和圖像采集模塊組成。以 ARM芯片為核心設計了主控模塊和多傳感器數據采集模塊單元；在硬件的基礎上設計了軟件系統。該嵌入式控制系統能夠控制機器人完成俯仰、偏航、圖像采集等任務以及實現機器人與