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《中国矿业大学》 2014年
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煤矿探测机器人导航关键技术研究

田丰  
【摘要】:本文根据煤矿井下尤其是灾后的非结构化的地形环境,结合国内外煤矿探测机器人导航的研究现状,对煤矿探测机器人导航所涉及的方法与技术进行研究。论文对煤矿探测机器人的导航环境进行分析,并以此为依据对煤矿探测机器人的运动装置及控制系统进行分析与设计实现,探讨了机器人定位、导航环境检测及识别方法,并对基于仲裁融合协调策略的导航方法进行了详细研究,得到了对提高煤矿探测机器人导航能力具有借鉴意义的结论。 本文首先从煤矿井下正常巷道、工作面内的地形特征、设备布置的分析出发,研究机器人需要克服的煤矿井下环境,对正常生产与灾后的煤矿的工作面及巷道内的环境进行分类与特征提取,将煤矿探测机器人导航环境归纳为四种典型的地形,包括凸台、斜坡、连续阶梯和壕沟,并给出其尺寸范围。 为了提高煤矿探测机器人的越障能力,设计一种基于非对称双三角形的履带悬架,并建立相应的理论模型,对其越障特性进行了分析。通过分析表明,该型摇杆式非对称双三角形履带机器人运动装置具有良好地被动地形适应能力与越障性能,可爬上0.32m高的阶梯,爬下0.52m高的阶梯,通过0.5m宽的壕沟。讨论了探测机器人控制系统的组成,并在系统功能分析的基础上对控制系统整体方案进行了设计,通过分析比较确定使用PSoC集成开发平台作为处理器,进一步根据原型机详细设计了控制系统的硬件电路和软件程序,并完成了PCB和实物的制作。并对机器人的越障性能进行试验验证,为导航策略规划提供参数依据。 分析了经典卡尔曼滤波、衰减记忆滤波、限定记忆滤波的基本原理和它们的组合使用方式,在此基础之上,提出了带有指数渐消因子的限定记忆卡尔曼滤波方法作为煤矿救灾机器人的多传感器信息融合方法。根据煤矿救灾机器人的自主定位系统的构成,对基于航迹推算的自主定位方法进行了介绍,提出改进后的航迹推算方法,使用带有指数渐消因子的限定记忆卡尔曼滤波方法以逐级滤波的方式融合多传感器信息,实现了对里程计误差的最小化控制。研制了以STC12C5A60S2微控制器为核心的多传感器信息融合的硬件系统,并给出了软件算法流程。计算机仿真结果表明,滤波方法可以稳定地实现0.5m的跟踪精度。在此基础上对机器人的自主定位功能进行试验,验证了所用方法的有效性。 然后,通过对几种匹配方法的研究,针对机器人实时性的要求,提出了一种基于最优种子排序的准稠密匹配方法;讨论了利用对极线的单点法获取障碍物三维信息的方法,首先分割障碍物边缘,利用对极线进行加速匹配,逐个求取障碍物各个边缘极大点的匹配点,进而求出各个边缘极大点的摄像机坐标,然后求出障碍物三维信息——高度、宽度和距离;建立了坡度计算的数学模型,并利用RBF方法得到在非正对斜坡情况下对坡度地形进行估算的模型;采用Canny算法对连续阶梯图像边缘进行了检测,应用最小二乘法进行拟合直线处理,给出了阶梯偏移角的测算方法。 接着,为了提高煤矿探测机器人对导航环境的理解能力,根据本文设计的CUMT-5型煤矿探测机器人的越障能力,同时利用模糊理论、图像处理技术和神经网络技术等手段,对地形的可通过性的分析和评价方法进行了探讨,提出了对空间位置信息和视觉传感信息融合从地形起伏度、地形开阔度、地形坡度、地形不连续度和连续阶梯影响度五个方面对导航环境可通过性进行评价的方法。在对模糊理论、职能学习和神经网络技术等手段进行融合的基础上,创造性地提出了一种基于仲裁融合协调策略的行为控制导航方法。并进一步基于典型的环境模型对行为控制器进行设计,将融合机制和仲裁机制的优点融入到行为协调策略中,实现了自适应地对各基本行为的协调控制。在此基础上,将地形可通过性评价引入到协调策略中,进一步实现了煤矿探测机器人在复杂非结构环境中的导航。 最后,对机器人综合导航进行对比实验,结果表明本章提出的导航方法能够实现复杂非结构化环境下的自主导航,不仅对不同环境具有较好的适应能力和可靠性,而且还具有较高的能量约束能力。
【学位授予单位】:中国矿业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TD714;TP242

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 时玮;姜久春;李索宇;贾容达;;磷酸铁锂电池SOC估算方法研究[J];电子测量与仪器学报;2010年08期
2 方佩敏;;新型磷酸铁锂动力电池[J];今日电子;2007年09期
3 于謇;刘明贵;梁昊;;基于PSoC的无线静载仪采集系统[J];电子技术应用;2010年10期
4 肖伟;武强;闫秀桃;刘根;;L293D在护士移动机器人主控电路板设计中的应用[J];国外电子元器件;2007年11期
5 周林富;模拟信号光耦隔离方法及应用分析[J];工业仪表与自动化装置;1995年03期
6 张明路,丁承君,段萍;移动机器人的研究现状与趋势[J];河北工业大学学报;2004年02期
7 刘春英;王金兰;;各国矿难预防之比较研究[J];河北企业;2007年11期
8 焦振宇;;数据校验的正确高效性辨析与改进[J];化工自动化及仪表;2010年05期
9 徐崇庶,张博玲;欧美国家中的农业机器人[J];机器人技术与应用;1998年03期
10 郭晏;包加桐;宋爱国;唐鸿儒;;基于地形预测与修正的搜救机器人可通过度[J];机器人;2009年05期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王小立;何义涛;;AVR单片机在双温双控酒柜控制器中的应用[J];安徽电气工程职业技术学院学报;2009年02期
2 周斌;陈伟海;于守谦;;基于AVR单片机的门禁控制器的设计与实现[J];安防科技;2008年02期
3 刘灵芝;;基于ADVISOR的电动汽车性能仿真研究[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2006年03期
4 范羽;岑朝汝;;无线传输数字子母钟[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2011年02期
5 韩强;;基于广义Hough变换的手写文档整词定位[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2011年05期
6 肖平;;混合动力电动汽车的建模与仿真研究[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2009年03期
7 侯幽明;陈其工;江明;;磷酸铁锂电池模型参数辨识与SOC估算[J];安徽工程大学学报;2011年02期
8 徐小东;张炳力;;混合动力技术与未来汽车的发展[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2008年03期
9 吕小莲;张祖立;吕小荣;;机器视觉识别田间成熟番茄的研究[J];安徽农业科学;2008年04期
10 程刚;郑小华;阳锋;徐祖舰;;三维全景视觉技术在农业机器人中的应用[J];安徽农业科学;2010年34期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张炳力;赵韩;;贯彻“汽车新政”加快安徽电动汽车工业的发展[A];2004“安徽制造业发展”博士科技论坛论文集[C];2004年
2 谢添卉;李武峰;柏德胜;崔宇;罗小英;;GIS在电动汽车充换电设施建设运行中的应用[A];第十四届中国科协年会第19分会场:电动汽车充放电技术研讨会论文集[C];2012年
3 安强;;神经网络BP PID在电动车能量回收技术中的运用[A];“2011西部汽车产业·学术论坛”暨四川省汽车工程学会四届第九次学术年会论文集[C];2011年
4 裴琨;;机动车尾气污染与新能源汽车[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第二卷)[C];2011年
5 刘子豪;;电动汽车上电机的选用[A];第八届河南省汽车工程科技学术研讨会论文集(下)[C];2011年
6 刘善磊;张亮;;基于相位相关和SURF算法的关键帧实时匹配研究[A];江苏省测绘学会2011年学术年会论文集[C];2011年
7 隋树林;孙立宏;姚文龙;袁健;;融合改进UKF/SIFT信息的自主光学导航方法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
8 汪力;叶桦;夏良正;;利用特征点定位嘴巴[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
9 ;Loop-closing By Using SIFT Features for Mobile Robots[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
10 周凯;范瑞霞;李位星;;一种基于SIFT的MeanShift-粒子滤波融合跟踪算法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王玉全;基于全景视觉的移动机器人同时定位与地图创建方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 梁洪;基于内容的医学图像检索及语义建模关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 任桢;图像分类任务的关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 孔凡芝;引线键合视觉检测关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
5 王作为;具有认知能力的智能机器人行为学习方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 尹安东;基于混合系统理论的混合动力客车控制策略和参数优化研究[D];合肥工业大学;2010年
7 肖洁;视觉注意模型及其在目标感知中的应用研究[D];华中科技大学;2010年
8 朱清波;序列图像三维重建方法研究[D];华中科技大学;2010年
9 田文;多视图图像的快速三维场景重建[D];华中科技大学;2010年
10 涂虬;智能视觉监视中目标检测与跟踪算法研究[D];华中科技大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 余熠;基于SOC估计算法的电动汽车充电器设计[D];安徽工程大学;2010年
2 何慧娟;基于多传感器的移动机器人障碍物检测与定位研究[D];安徽工程大学;2010年
3 宋抗;压缩机活塞圆度误差数字检测系统研究[D];河南理工大学;2010年
4 上官明磊;五沟煤矿瓦斯地质规律研究与瓦斯预测[D];河南理工大学;2010年
5 张聪炫;基于蚁群算法由直线光流场重建三维结构的研究[D];南昌航空大学;2010年
6 陈忠翔;基于立体视觉的三维重建方法研究[D];南昌航空大学;2010年
7 孙静;基于双目立体视觉的多相机三维重建技术实现[D];山东科技大学;2010年
8 赵庆川;锂离子电池组智能管理系统研究[D];山东科技大学;2010年
9 赵平强;电动单轨吊动力锂电池组智能管理系统的研究[D];山东科技大学;2010年
10 许雷;垃圾车专用控制器的研制[D];山东科技大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 黄淑玲;;我国煤炭城市灾害与防治对策[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2005年06期
2 刘业辉;;循环冗余编码算法及实现[J];北京工业职业技术学院学报;2005年03期
3 王波;杨永明;汪金刚;庄雄;魏欣;;基于PSoC的无线传感器网络节点设计[J];传感技术学报;2009年03期
4 王祁,于航;传感器技术的新发展——智能传感器和多功能传感器[J];传感器技术;1998年01期
5 王治华;殷承良;;电动汽车用LiFePO_4锂离子电池安全性分析[J];电池工业;2008年03期
6 张宾;郭连兑;崔忠彬;谢永才;陈全世;;电动汽车用动力锂离子电池的电压特性[J];电池工业;2009年06期
7 叶青林;马忠梅;;CyFi无线传感器网络组建与通信设计[J];单片机与嵌入式系统应用;2009年09期
8 张宾;林成涛;陈全世;;电动汽车用LiFePO_4/C锂离子蓄电池性能[J];电源技术;2008年02期
9 张宾;郭连兑;李宏义;陈全世;崔忠彬;;电动汽车用磷酸铁锂离子电池的PNGV模型分析[J];电源技术;2009年05期
10 华宁;崔涛;韩英;康雪雅;;锂离子蓄电池正极材料LiFePO_4研究进展[J];电子元件与材料;2007年12期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 杜歆;用于导航的立体视觉系统[D];浙江大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 戈新良;基于多种传感器信息融合的移动机器人的环境辨识[D];河北工业大学;2003年
2 刘兴荣;用于移动机器人的立体视觉技术[D];河北工业大学;2003年
3 张金灵;电动汽车智能电池系统的研究[D];北京交通大学;2010年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 过金超;刘杰;崔光照;;基于糊糙集的改进Q学习算法[J];郑州轻工业学院学报(自然科学版);2013年03期
2 ;[J];;年期
3 ;[J];;年期
4 ;[J];;年期
5 ;[J];;年期
6 ;[J];;年期
7 ;[J];;年期
8 ;[J];;年期
9 ;[J];;年期
10 ;[J];;年期
中国重要会议论文全文数据库 前6条
1 马哲文;齐伟;鲁守银;;基于智能空间的服务机器人导航定位研究[A];第七届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2009年
2 封金星;刘伯胜;;用于水下机器人导航的长基线水声定位系统[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展(上册)[C];2001年
3 王姮;解兴哲;刘冉;;结合RFID和视觉的巡逻机器人导航与定位[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
4 胡贵池;;机器人导航中的超声传感器障碍检出[A];1997中国控制与决策学术年会论文集[C];1997年
5 屠珺;;一种基于迭代式RELIEF算法的农业机器人导航场景在线特征选取方法[A];中国农业工程学会2011年学术年会(CSAE 2011)论文摘要集[C];2011年
6 杨高波;金炜;徐铁峰;;机器人导航用红外双目视觉系统的设计与实现[A];Proceedings of the 2011 Chinese Control and Decision Conference(CCDC)[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 蒲欣;机器人“妙手”摘瘤[N];上海科技报;2000年
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 田丰;煤矿探测机器人导航关键技术研究[D];中国矿业大学;2014年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘翔宇;基于情感感知的多机器人导航行为决策系统研究[D];广东工业大学;2011年
2 吉祥子;神经外科手术机器人导航定向系统的研究[D];辽宁工学院;2007年
3 张子君;社会群优化算法及其在机器人导航中的应用[D];华东理工大学;2014年
4 董承鹏;家庭服务机器人导航系统研究[D];天津大学;2008年
5 鄂松昙;神经外科手术机器人导航定向系统研究[D];南京理工大学;2004年
6 朱心放;基于强化学习的服务机器人导航研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
7 程新宇;基于视觉的机器人导航[D];北京交通大学;2009年
8 许心德;环境部分未知情况下的服务机器人导航研究[D];中国科学技术大学;2009年
9 肖占春;基于双目立体视觉的机器人导航研究[D];东北师范大学;2008年
10 魏小景;救援机器人导航定位控制系统设计与研究[D];西安建筑科技大学;2013年
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