基于激光點云的爬壁機器人越障規(guī)劃方法研究.pdf

1、近年來，隨著人們對生命財產(chǎn)安全要求的意識增強，航空安全問題得到了人們的廣泛關(guān)注，具有運動速度快、運動穩(wěn)定、反應(yīng)靈活的爬壁機器人在飛機蒙皮檢測和反劫機的反恐任務(wù)中具有廣闊的應(yīng)用前景。在飛機蒙皮檢測應(yīng)用中它能夠減少操作人員的勞動強度，提高故障檢出率；在反劫機的應(yīng)用中，它能夠最大限度的保證反恐人員的安全。本課題得到國家“863”計劃項目“飛機壁面爬行探測機器人”（課題編號：2009AA04Z2171）和國家自然科學基金項目“飛機蒙皮檢測機器人

2、熱力轉(zhuǎn)換與振動的映射機理與實驗研究”（課題編號：61179049）的支持。本文針對基于激光點云的爬壁機器人越障規(guī)劃方法展開研究工作。主要包括以下四個方面的內(nèi)容：
　　第一，為實現(xiàn)爬壁機器人平穩(wěn)的、快速的在飛機蒙皮表面運動，結(jié)合實際樣機對控制器小尺寸、低功耗和輕量化的要求，確定爬壁機器人控制器具體設(shè)計方案。詳細介紹了主控芯片選型、系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案及主控制芯片的資源分配情況。并結(jié)合硬件電路詳細說明新型輪足復合式爬壁機器人的硬件系統(tǒng)的

3、各個部分的詳細設(shè)計內(nèi)容。
　　第二，針對爬壁機器人自主越障的需求，結(jié)合爬壁機器人的工作環(huán)境，提出了利用二維激光測距儀實現(xiàn)爬壁機器人運動環(huán)境建模。搭建了三維激光掃描系統(tǒng)，在上位機上驗證所提出的基于點云矩陣的三角網(wǎng)格構(gòu)建算法的正確性。利用三角平面法向量聚類算法對激光點云數(shù)據(jù)邊界特征信息的提取，并利用均方差對結(jié)果進一步處理，提取出更為精確的環(huán)境邊界特征信息，實現(xiàn)環(huán)境建模。
　　第三，分析了為實現(xiàn)爬壁機器人能夠順利越障，爬壁機器人應(yīng)

4、該執(zhí)行的運動模式。明確了先執(zhí)行輪式運動模式后執(zhí)行雙足運動模式的策略完成爬壁機器人的越障任務(wù)。重點分析了爬壁機器人在輪式運動下的模糊控制器的設(shè)計。通過爬壁機器人在輪式運動模式下的運動學方程結(jié)合爬壁機器人在飛機壁面可能的運動狀況設(shè)計出爬壁機器人的模糊控制器。
　　第四，本文中的實驗研究。首先，對激光點云數(shù)據(jù)進行處理，驗證了所提算法能夠有效的實現(xiàn)對爬壁機器人運動環(huán)境的三角網(wǎng)格構(gòu)建，并能夠準確的提取出前方環(huán)境的邊界特征信息，完成環(huán)境建模。