煤矿井下探测机器人运动控制路径规划传感器融合控制系统伺服算法硕士论文

1、煤矿井下探测机器人运动控制的研究机械设计及理论， 2011， 硕士【摘要】 中国是世界最大的煤炭生产与消费国家之一,也是煤矿瓦斯爆炸、涌水、着火等事故高发国家之一。研究一种代替或者部分代替搜救人员进入矿井灾害现场进行环境探测的设备,有利于矿井救援工作顺利展开,减少煤矿灾害造成的人员伤亡。课题来源于山西省科技攻关项目“煤矿井下探测机器人技术与系统研究”,本文所研究的运动控制是该项目的重要研究内容和关键技术,包括外界环境检测与建模、机器人运动越障、运动控制和路径规划等技术。针对煤矿井下存在甲烷、一氧化碳等多种可燃性气体,且路面状况较差的恶劣环境,研究了探测机器人控制系统。该系统采用上位嵌入式工控机

2、与下位机DSP和CPLD相结合的方式。电路系统全部采用本安电路设计阻燃气体保护法防爆设计。本机器人外界环境检测采用声纳传感器、PSD传感器和视频采集相结合的多传感器特征层数据融合技术,首先将检测的数据进行去极值平均滤波,然后根据各个传感器的特点进行可信性融合,最终获得接近实际情况的环境检测数据。根据煤矿井下探测机器人的机构特点,建立了机器人的运动学方程,推导出在直行、转弯时两个履带的速度公式。提出了用于电机伺服控制的模糊自整定PID算法,使用Simulink软件对该算法进.更多还原【Abstract】 China as one of the largest coal production an

3、d consumption country around the world, it is also one of the accident occurred frequently country such as fire damp explosion, water burst, catch on fire during the exploitation of coal mine. The research of detecting by coal mine shaft underground explorative robot make the coal mine rescue works

4、implements smoothly, to reduce casualties caused by mine disaster, it will be substituted for or partial substituted for emergency workers to enter the mi.更多还原 【关键词】 煤矿井下探测机器人； 运动控制； 路径规划； 传感器融合； 控制系统； 伺服算法； 【Key words】 Coal Mine Detection Robot； motion control； path planning； sensor fusion； control

5、 system； servo controlled【索购全文】Q联系Q： Q联系Q: 付费即发摘要 3-5 ABSTRACT 5-7 目录 8-11 第一章 绪论 11-20 1.1 课题研究背景及意义 11-12 1.2 煤矿井下探测机器人国内外研究动态 12-15 1.3 机器人技术的发展趋势 15-16 1.4 机器人运动控制的研究与发展 16-17 1.5 移动机器人路径规划的研究与发展 17-19 1.6 本论文主要的研究内容 19-20 第二章 煤矿井下探测机器人平台研究 20-38 2.1 煤矿井下探测机器人系统结构设计 21 2.2 煤矿井下探测机器人控制系统 21-24 2.

6、2.1 上位机控制系统 21-22 2.2.2 下位机控制系统 22-24 2.3 煤矿井下探测机器人驱动系统 24-25 2.4 煤矿井下探测机器人传感器系统 25-30 2.4.1 声纳传感器 25-27 2.4.2 PSD传感器 27-29 2.4.3 视觉传感模块 29-30 2.5 环境检测传感器融合 30-38 2.5.1 多传感器信息融合的原理 30-31 2.5.2 机器人中的传感器融合技术 31-32 2.5.3 多传感器层次的融合 32-34 2.5.4 探测机器人测距传感器融合算法 34-38 第三章 煤矿井下探测机器人运动控制 38-57 3.1 煤矿井下探测机器人的运

7、动学方程 38-41 3.1.1 履带式移动机器人运动学方程 38-40 3.1.2 煤矿井下探测机器人的运动学方程 40-41 3.2 煤矿井下探测机器人越障分析 41-50 3.2.1 探测机器人通过性的分析 42-43 3.2.2 探测机器人摆臂在前的越障规划 43-45 3.2.3 探测机器人摆臂在后的越障规划 45-47 3.2.4 探测机器人姿态稳定性分析 47-50 3.3 探测机器人运动控制算法研究 50-57 3.3.1 PID控制原理 50-52 3.3.2 模糊控制原理和特点 52 3.3.3 探测机器人运动控制算法 52-57 第四章 煤矿井下探测机器人路径规划 57-

8、73 4.1 移动机器人路径规划技术 57-60 4.1.1 探测机器人的全局路径规划 57-58 4.1.2 基于传感器信息的局部路径规划 58-59 4.1.3 探测机器人的动态避障算法 59-60 4.2 反应慎思路径规划 60-62 4.3 探测机器人慎思反应混合的路径规划 62-73 4.3.1 行为单元的激活算法 63-65 4.3.2 煤矿井下探测机器人紧急避障规划 65-66 4.3.3 煤矿井下探测机器人地图规划 66-69 4.3.4 煤矿井下探测机器人模糊规划 69-73 第五章 煤矿井下探测机器人软件设计与仿真 73-83 5.1 引言 73 5.2 煤矿井下探测机器人运动控制模块 73-74 5.3 煤矿井下探测机器人声纳控制模块 74-76 5.4 煤矿井下探测机器人PSD控制模块 76-7