廢墟輔助救援機(jī)器人環(huán)境建模與避障策略研究.pdf

1、世界各地地震災(zāi)害頻發(fā)，使受災(zāi)地區(qū)的人民生命和財(cái)產(chǎn)安全受到嚴(yán)重威脅。災(zāi)害發(fā)生后的救援工作中，為了提高救援效率和保障救援人員生命安全，非常有必要對(duì)廢墟環(huán)境輔助救援機(jī)器人進(jìn)行研究。同時(shí)，移動(dòng)機(jī)器人環(huán)境建模和自主避障策略也是機(jī)器人研究領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。本文結(jié)合國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目“地震災(zāi)害輔助救援機(jī)器人示范系統(tǒng)研究”，以雙節(jié)履帶式救援機(jī)器人為平臺(tái)，以激光雷達(dá)為主要傳感器，圍繞廢墟復(fù)雜環(huán)境中機(jī)器人的環(huán)境建模和自主避障問(wèn)題，分別從理論和實(shí)踐上開(kāi)展了研究

2、和探討。
　　首先，建立了救援機(jī)器人系統(tǒng)以及激光雷達(dá)坐標(biāo)模型，并推導(dǎo)了坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)變換關(guān)系，根據(jù)激光雷達(dá)及其轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)建立了新型的坐標(biāo)系，降低數(shù)據(jù)處理量。對(duì)激光雷達(dá)的誤差進(jìn)行了分析討論，并就如何降低誤差以及激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的預(yù)處理方法進(jìn)行了研究。在此基礎(chǔ)上研究了基于二維激光雷達(dá)的三維空間特征提取算法，將相鄰的多個(gè)二維平面內(nèi)的特征進(jìn)行整合得出三維空間的環(huán)境特征。
　　其次，對(duì)救援機(jī)器人環(huán)境建模進(jìn)行了研究，提出了改進(jìn)的ICP

3、點(diǎn)云配準(zhǔn)算法將激光雷達(dá)多次掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接。傳統(tǒng)ICP配準(zhǔn)算法在處理帶有較多誤差點(diǎn)的配準(zhǔn)問(wèn)題時(shí)極不穩(wěn)定，常造成配準(zhǔn)結(jié)果的失敗。通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)ICP算法的研究，提出一種穩(wěn)定性更好的改進(jìn)配準(zhǔn)算法，通過(guò)增加權(quán)重函數(shù)削弱離散點(diǎn)對(duì)配準(zhǔn)結(jié)果的影響。進(jìn)行了含有干擾點(diǎn)的點(diǎn)云配準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)，對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了改進(jìn)算法在處理含有干擾點(diǎn)的配準(zhǔn)問(wèn)題中具有較好的穩(wěn)定性。
　　然后，在環(huán)境特征提取的基礎(chǔ)上提出了基于行為的救援機(jī)器人自主避障策略，搭建了包含空閑狀態(tài)、行為

4、決策狀態(tài)、行為實(shí)現(xiàn)狀態(tài)、數(shù)據(jù)反饋狀態(tài)、特征提取狀態(tài)以及停機(jī)保護(hù)狀態(tài)的控制系統(tǒng)狀態(tài)機(jī)。行為決策狀態(tài)根據(jù)數(shù)據(jù)反饋狀態(tài)返回的環(huán)境特征以及其他傳感器參數(shù)，采用T-S模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與邏輯判斷結(jié)合的方式進(jìn)行融合決策。行為實(shí)現(xiàn)狀態(tài)根據(jù)決策結(jié)果切換并執(zhí)行相應(yīng)的行為。狀態(tài)之間按照規(guī)則不斷切換完成自主避障。
　　最后，針對(duì)本文研究的環(huán)境建模以及自主避障策略搭建了救援機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并在模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，救援機(jī)器人環(huán)境建模算法能夠可靠地