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《西安科技大学》 2011年
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煤矿探测机器人姿态控制与局部路径规划研究

李晓鹏  
【摘要】:救援机器人已经成为灾难救援的重要设备,但大多数救援机器人仍依赖操作人员遥控。本课题研究团队提出了由运载机器人和探测机器人构建的煤矿救援机器人系统,旨在实现救援机器人系统的自主导航与智能控制。本文针对煤矿探测机器人在煤矿井下事故现场未知环境中的姿态控制与局部路径规划进行了深入研究。 首先分析了事故后的煤矿井下环境,结合煤矿探测机器人任务需求,提出了煤矿探测机器人三层分布式模块化控制结构。导航控制体系的核心决策规划系统采用分布式递阶结构,各个功能分布式模块按照机器人的行为决策过程递阶分布,各模块间按照反应式的行为准则相互协调配合,完成探测机器人的决策与控制过程。该系统具有较好的自主性、实时性与开放性,能够满足机器人在复杂环境下自主控制的需求。 提出将煤矿探测机器人的并联肢体履带式运动机构通过运动学等效变形,消除非完整约束条件,进而分析等效并联机器人位姿运动学的方法。采用这种方法将探测机器人运动机构等效成4—PPSR并联机器人,并利用旋量理论对等效并联机器人动平台的姿态进行运动学建模。分析了在运动学模型基础上的机器人静态稳定性,得出了基于几何分析的投影稳定锥静态稳定性判定原理;通过对倾覆过程的重力势能变化分析,得到了机器人动态稳定性和运行速度关系,对这两种稳定性的分析为煤矿探测机器人运行姿态稳定性控制提供了重要依据。针对煤矿探测机器人的驱动行为、姿态控制行为、越障行为和路径规划行为等四种基本行为的协调问题,提出了基于专家逻辑系统的反应式煤矿探测机器人行为协调器。分析了煤矿探测机器人在井下行驶时针对不同路面环境的驱动、姿态控制及越障的行为模式,重点对运行过程中的机器人姿态控制进行了研究,提出了基于模糊控制算法的煤矿探测机器人反应式姿态控制方法,并验证了该方法对复杂地面环境有良好的适应性。 针对未知环境中煤矿探测机器人局部路径规划问题,提出了方向寻优人工势场滚动窗口局部路径规划算法。这种方法摒弃了传统人工势场法将全局环境仅归结为单一势场力的处理思想,针对煤矿探测机器人对障碍物检测的特点,提出在机器人全部可行驶方向中搜索合力最大的最优行驶方向的改进人工势场方法,并结合滚动窗口思想,提出了机器人反应式路径规划算法。针对反应式路径规划方法存在的规划陷阱问题,提出了煤矿探测机器人的慎思式局部路径规划算法。慎思规划过程需要对机器人游历场景建立局部环境地图,为此本文提出了探测机器人游历场景栅格拓扑地图的建立方法,并利用提出的主动生长元栅格拓扑地图Voronoi图分析算法对该地图进行可行路径分析,可生成Voronoi节点和边构成的无碰路径网络,利用Floyd最短路搜索方法找到逃逸目标节点和全局目标节点之间的最短路径。融合两种路径规划算法,提出了煤矿探测机器人的反应——慎思式的混合局部路径规划算法。实验表明该算法不仅有效解决机器人路径规划过程中的规划陷阱问题,而且对煤矿井下未知复杂环境具有良好的适应性。 以课题组研发的煤矿探测机器人本体和控制系统为平台,以本文提出的姿态控制算法和局部路径规划算法为基础,借助于VC++,开发了机器人软件系统,分别在实验室和模拟实验巷道进行了行驶实验,结果证明本文提出的煤矿探测机器人路径规划算法和开发的控制系统能够保证机器人在未知环境中进行环境理解和路径规划,并在非结构化路面条件下保持良好的行驶姿态。
【学位授予单位】:西安科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TP242

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【引证文献】
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1 田海波;马宏伟;魏娟;;矿井搜救机器人移动系统的研究与发展[J];机床与液压;2012年20期
2 李晓鹏;;煤矿探测机器人空间建模分析及避障路径规划[J];煤炭科学技术;2013年01期
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1 王川伟;煤矿救援机器人虚拟样机设计[D];西安科技大学;2012年
2 邱其文;室内移动机器人定位及路径规划问题研究[D];南京邮电大学;2012年
【参考文献】
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1 卿慧玲,蔡自兴;移动机器人激光雷达数据的三维可视化方法[J];吉林大学学报(信息科学版);2004年04期
2 贾鹏;黄玉美;樊炳辉;;一种基于行为的移动机器人仲裁系统的设计[J];传感器与微系统;2008年03期
3 马林兵;;非均质栅格Voronoi图生成方法研究[J];地理与地理信息科学;2009年05期
4 章小兵;宋爱国;唐鸿儒;;基于实时滚动亚目标的遥控移动机器人局部路径规划方法[J];东南大学学报(自然科学版);2006年01期
5 张明状;庄严;王伟;顾明伟;;移动机器人即时环境探索与地图库构建[J];东南大学学报(自然科学版);2009年S1期
6 张克,邵长胜,强文义;基于面向Agent技术的任务规划系统研究[J];高技术通讯;2002年05期
7 刘海波,顾国昌,张国印;智能机器人体系结构分类研究[J];哈尔滨工程大学学报;2003年06期
8 罗荣华,洪炳镕;基于信息融合的同时定位与地图创建研究[J];哈尔滨工业大学学报;2004年05期
9 靳保,付宜利,王树国,曹政才;未知环境下机器人实时模糊路径规划方法[J];哈尔滨工业大学学报;2005年10期
10 李贻斌,李彩虹,刘鲁源;不确定环境下移动机器人路径规划算法研究[J];杭州电子科技大学学报;2005年02期
【共引文献】
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1 金旭星;;防盗逃生两用窗的创新设计[J];安防科技;2011年07期
2 李雪峰;;一些唯一3-着色图[J];安徽大学学报(自然科学版);2009年04期
3 高洪,吕新生;一种反馈式组合机构的运动分析及其仿真[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2003年02期
4 高迟;张恒;阎勤劳;薛少平;;基于工作目标区图的大蒜播种机器人的路径规划[J];安徽农业科学;2012年04期
5 邓永娣;吴丽娟;王镇东;;基于改进人工势场法的移动机器人路径规划[J];辽宁科技大学学报;2010年05期
6 谢伟;陈雪波;张秋思;;多机器人路径规划中的一种混合算法[J];辽宁科技大学学报;2010年05期
7 嵇国金,马奎,王磊;微纳操作器运动学分析[J];微纳电子技术;2003年03期
8 黄雅平;杜建庚;陈恩义;;楼宇三维路径模型的自动生成算法[J];北京交通大学学报;2010年02期
9 陈志;汪先兵;王璕;刘丽;骆远福;;采用指数积的三自由度机器人运动学方程[J];兵工自动化;2006年05期
10 刘满禄;张华;王姮;胡天链;;基于模糊控制器的移动机器人导航[J];兵工自动化;2009年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王华;黄筱调;何晋;;基于模糊CMAC的水下灵巧手手指轨迹控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
2 仲朝亮;刘士荣;邱雪娜;;未知环境下基于GNG网络的环境地图自主认知[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
3 程磊;吴怀宇;王永骥;朱全民;;不确定环境下多移动机器人有序化多模态群集运动研究[A];中国自动化学会控制理论专业委员会C卷[C];2011年
4 仲训昱;彭侠夫;周结华;;基于激光传感器的机器人运动障碍物检测[A];中国自动化学会控制理论专业委员会C卷[C];2011年
5 朱正;刘士荣;张波涛;;一种基于改进蚁群算法的移动机器人全局路径规划方法[A];中国自动化学会控制理论专业委员会D卷[C];2011年
6 ;Mobile Robot Path Planning Based on Improved Ant Colony Optimization Algorithm[A];中国自动化学会控制理论专业委员会D卷[C];2011年
7 史久根;徐胜生;;基于文化-粒子群算法的机器人路径规划算法[A];2011中国仪器仪表与测控技术大会论文集[C];2011年
8 李树刚;潘宏宇;黎静;;基于GIS的煤矿应急救援系统研究[A];中国职业安全健康协会2007年学术年会论文集[C];2007年
9 张继业;张克跃;;具有无穷时滞的Cohen-Grossberg神经网络的全局稳定性分析[A];第十一届全国非线性振动学术会议暨第八届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议论文集[C];2007年
10 李田;张继业;张克跃;;一类关联系统的模约束稳定性分析[A];第十一届全国非线性振动学术会议暨第八届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议论文集[C];2007年
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1 杨书召;受限空间煤尘爆炸传播及伤害模型研究[D];河南理工大学;2010年
2 李润之;点火能量与初始压力对瓦斯爆炸特性的影响研究[D];山东科技大学;2010年
3 张子迎;多机器人协作及环境建模技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
4 张泽宝;空间数据库的索引技术研究[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 丁宝成;煤矿安全预警模型及应用研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
7 王红;基础地理信息地形数据库信息量度量方法研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
8 刘飞;四足机器人步态规划与平衡控制研究[D];中国科学技术大学;2010年
9 陈海卫;波轮式全自动洗衣机脱水振动与抑制机理的研究[D];江南大学;2010年
10 童滋雨;城市绿地配置的量化方法研究[D];南京大学;2011年
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1 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
2 王伟伟;基于粒子系统的矿井瓦斯爆炸的模拟与研究[D];山东科技大学;2010年
3 雷云云;基于被动式四足机器人的运动学及动力学分析[D];山东科技大学;2010年
4 孙晓红;小口径深井救援机器人的设计研究[D];山东科技大学;2010年
5 齐晓飞;基于路径识别的机器人视觉导航技术的研究[D];长春理工大学;2010年
6 李志欣;智能轮式移动机器人的控制系统设计[D];辽宁师范大学;2010年
7 王立;面向非结构化地形的六足步行机器人运动规划研究[D];浙江理工大学;2010年
8 耿东山;基于蚁群算法的机器人全局路径规划[D];郑州大学;2010年
9 赵杨;船舶适航性与操纵性自航模系统设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 杜峰;某型机器人的路径规划方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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1 赵永嘉;戴树岭;;基于图像骨架和贪婪算法的无人机航路规划[J];北京航空航天大学学报;2010年04期
2 张荣;安志勇;孙敏;张倩索;;基于CAN总线的足球机器人通讯系统设计[J];长春理工大学学报(自然科学版);2011年02期
3 薛晗;李迅;马宏绪;;基于无线传感器网络的移动机器人智能导航算法[J];传感技术学报;2008年05期
4 涂国平,邓群钊;多传感器数据的统计融合方法[J];传感器技术;2001年03期
5 鲍庆勇;李舜酩;沈峘;门秀花;;自主移动机器人局部路径规划综述[J];传感器与微系统;2009年09期
6 董晓坡;王绪本;;救援机器人的发展及其在灾害救援中的应用[J];防灾减灾工程学报;2007年01期
7 ;煤矿井下探测机器人获国际制博会特别奖[J];地质装备;2010年06期
8 闫国荣,张海兵;一种新型轮式全方位移动机构[J];哈尔滨工业大学学报;2001年06期
9 罗荣华,洪炳镕,厉茂海;基于局部特征预测的栅格地图创建[J];哈尔滨工业大学学报;2004年07期
10 王会丽,傅卫平,方宗德,张宏远;基于改进的势场函数的移动机器人路径规划[J];机床与液压;2002年06期
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1 周巍;煤矿井下搜救探测机器人的路径规划及轨迹跟踪控制研究[D];太原理工大学;2011年
2 郭利进;大尺度环境下移动机器人同时定位与地图创建研究[D];天津大学;2007年
3 李允旺;矿井救灾机器人行走机构研究[D];中国矿业大学;2010年
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1 张伟;高空作业车举升执行机构机电液一体化仿真[D];重庆交通大学;2011年
2 李伟建;煤矿救援机器人姿态检测与控制研究[D];西安科技大学;2011年
3 张卫锋;变形移动机器人的虚拟仿真和动力学分析[D];山东大学;2005年
4 刘盾;六轮腿式移动机器人在非平整地面上的位姿分析、检测和控制[D];南京理工大学;2007年
5 汤永红;多运动状态的移动机器人结构设计及仿真[D];河北工业大学;2007年
6 王争;井下探测机器人控制系统研制及其运动性能分析[D];哈尔滨工业大学;2007年
7 玄丽萍;基于有限元ANSYS的浅孔钻仿真[D];西华大学;2010年
【二级参考文献】
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1 冯长根;2004年我国事故与灾害状况综述[J];安全与环境学报;2005年02期
2 彭珂珊;我国主要自然灾害的类型及特点分析[J];北京联合大学学报;2000年03期
3 刘建军,王东华,商瑶玲;数字化等高线质量的软件自动检查方法[J];测绘科学;2001年04期
4 张青年,秦建新;面状分布地物群识别与概括的数学形态学方法[J];地理研究;2000年01期
5 吴向阳,戴先中,孟正大;分布式机器人控制器体系结构的研究[J];东南大学学报(自然科学版);2003年S1期
6 房芳;马旭东;戴先中;;一种新的移动机器人Monte Carlo自主定位算法[J];东南大学学报(自然科学版);2007年01期
7 向素玉,陈军,魏文秋;基于GIS城市洪水淹没模拟分析[J];地球科学;1995年05期
8 张星月;汪闽;蒋圣;;一种新的栅格数据矢量化方法[J];地球信息科学;2008年06期
9 费国云;独头巷道中瓦斯爆炸引爆沉积煤尘的试验[J];煤炭工程师;1997年04期
10 刘金义,刘爽;Voronoi图应用综述[J];工程图学学报;2004年02期
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1 沈明霞;自主行走农业机器人视觉导航信息处理技术研究[D];南京农业大学;2001年
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1 巨永锋;宋舒;;多极旋转变压器在机器人关节角位置检测中的应用[J];电气自动化;1995年01期
2 王昌银;王应建;林建亚;路甬祥;;基于超稳定性理论的机器人关节模型参考自适应控制[J];自动化技术与应用;1991年01期
3 王昌银;林建亚;路甬祥;;自适应控制在工业机器人中的应用[J];电气自动化;1994年05期
4 唐润宏;陈文楷;余跃庆;;松下交流伺服系统与PMAC控制卡在机器人中的应用[J];仪器仪表用户;2006年05期
5 王东署;张文丙;;基于遗传算法的机器人最优测量构型研究[J];中国机械工程;2008年03期
6 李东洁;邱江艳;尤波;;一种机器人轨迹规划的优化算法[J];电机与控制学报;2009年01期
7 王斌锐;周唯逸;许宏;;形状记忆合金编织网气动肌肉的驱动特性[J];中国机械工程;2009年04期
8 解则晓;辛少辉;李绪勇;徐尚;;基于单目视觉的机器人标定方法[J];机械工程学报;2011年05期
9 虞忠伟;陈辉堂;;基于Windows环境下硬件中断的机器人关节控制器设计[J];电气自动化;2000年02期
10 刘晓玉;方康玲;;基于图像的机器人视觉伺服控制[J];武汉科技大学学报(自然科学版);2006年05期
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2 孙智慧;庞明;晏祖根;;基于自适应伪并行遗传算法的包装码垛机器人轨迹规划[A];中国机械工程学会包装与食品工程分会2010年学术年会论文集[C];2010年
3 杨庆华;张立彬;阮健;;气动弯曲关节的特性研究[A];第二届全国流体传动及控制工程学术会议论文集(第四卷)[C];2002年
4 苏剑波;冯纯伯;;双机器人手眼协调系统[A];1995中国控制与决策学术年会论文集[C];1995年
5 吴成东;陈莉;邹立君;;机器人顺应运动速度与力混合控制[A];1995中国控制与决策学术年会论文集[C];1995年
6 杨明;苏学成;李贻斌;樊炳辉;逢振旭;;一种机器人关节控制系统研究[A];1997中国控制与决策学术年会论文集[C];1997年
7 吴启迪;刘成菊;张家奇;陈启军;;生物诱导的机器人行走控制研究进展[A];2009年中国智能自动化会议论文集(第四分册)[中国科学(专刊)][C];2009年
8 周友行;邹湘伏;何清华;;多臂机器人关节间的碰撞检测研究[A];中国工程机械学会2003年年会论文集[C];2003年
9 李朝东;;用于机器人的微型直线电机研究与开发现状[A];第十二届中国小电机技术研讨会论文集[C];2007年
10 张绪平;余跃庆;;空间机器人关节柔性与杆柔性的耦合特性[A];第十一届全国机构学年会暨首届青年机构学研讨会论文集[C];1998年
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1 ;黑色魅力无法挡[N];电脑报;2004年
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1 李晓鹏;煤矿探测机器人姿态控制与局部路径规划研究[D];西安科技大学;2011年
2 刘津甦;复杂环境中的人形机器人行走规划[D];中国科学技术大学;2010年
3 薛峰;面向室内环境的人形机器人的运动控制[D];中国科学技术大学;2012年
4 唐矫燕;载人两足步行椅机器人稳定性分析与控制策略[D];上海交通大学;2011年
5 赵大旭;介入诊疗机器人多体系统建模分析与实现[D];南京航空航天大学;2010年
6 李宏凯;类壁虎机器人的仿生控制:从行为观测到控制实现[D];南京航空航天大学;2010年
7 王峰;柔性关节机器人的参数辨识及模糊控制研究[D];北京邮电大学;2012年
8 钟秋波;类人机器人运动规划关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
9 刘念聪;基于γ射线的管道焊缝检测机器人关键技术研究[D];成都理工大学;2012年
10 田石祥;冲裁上料机器人设计与视觉伺服系统的研究[D];东华大学;2011年
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1 孙美艳;可重构环保机器人的构形及运动学分析[D];江苏大学;2010年
2 田祥庆;双目家政机器人的目标物识别及抓取研究[D];华南理工大学;2010年
3 贾海军;复杂环境光学模块装校机器人的设计与研究[D];重庆大学;2010年
4 许巍;电解质清理机器人设计及动态性能研究[D];兰州理工大学;2010年
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7 李林;多足仿生机器蟹结构设计及实验研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 年士瑞;双足人形机器人多目标步态规划的研究[D];合肥工业大学;2011年
9 叶壮;欠驱动机器人的模糊控制与应用实例开发[D];北京邮电大学;2010年
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