煤礦井下探測(cè)機(jī)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(huì)關(guān)注的話題，主要是因?yàn)槊禾可a(chǎn)是高風(fēng)險(xiǎn)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(shí)間內(nèi)尋找被困人員。對(duì)于被困人員來(lái)說(shuō)，時(shí)間就是生命;對(duì)于救援者來(lái)說(shuō)事故現(xiàn)場(chǎng)是一個(gè)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(gè)棘手的問題，機(jī)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(jī)率。因此，煤礦探測(cè)機(jī)器人的研究和應(yīng)用，對(duì)于提高煤礦災(zāi)難的救援速度、減少生命和

2、財(cái)產(chǎn)損失具有十分重要的意義。
　　 煤礦探測(cè)機(jī)器人是一種根據(jù)煤礦井下環(huán)境研制的機(jī)器人，需要在一個(gè)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(cè)機(jī)器人為研究平臺(tái)，對(duì)其自主導(dǎo)航與控制技術(shù)進(jìn)行研究。
　　 本文介紹了機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)，介紹了機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)、電子系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，介紹了機(jī)器人的基本機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制單元、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)模塊單元。
　　 本文進(jìn)行了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分

3、析。推導(dǎo)出了履帶機(jī)器人在水平地面、斜坡運(yùn)動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)方程，得出任意時(shí)刻機(jī)器人的位姿變換的關(guān)系式;利用D-H機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)方法，建立了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，初步對(duì)機(jī)器人水平和爬坡運(yùn)動(dòng)的質(zhì)心運(yùn)動(dòng)學(xué)模型進(jìn)行理論分析。采用RecurDyn軟件的低機(jī)動(dòng)性履帶包對(duì)TUT-CMDR履帶型煤礦探測(cè)機(jī)器人進(jìn)行了建模，并在RecurDyn軟件中定義了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的路況信息，進(jìn)行了機(jī)器人在不同路況下的運(yùn)動(dòng)仿真，驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。
　　 本文進(jìn)行了機(jī)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(guò)對(duì)避障方法的比較，選定人工勢(shì)場(chǎng)法進(jìn)行機(jī)器人的避障研究。在Matlab軟件中進(jìn)行人工勢(shì)場(chǎng)法的仿真實(shí)驗(yàn)，證明該方法具有良好的避障效果。
　　 本文進(jìn)行了機(jī)器人電機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速控制PID參數(shù)自整定中的運(yùn)用。建立了TUT-CMDR電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型，利用遺傳算法對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的初始權(quán)值和閾值進(jìn)行優(yōu)化，再利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)PID控制器參數(shù)