救援機器人控制系統(tǒng)及信息處理研究.pdf

1、地震、海嘯、火災以及戰(zhàn)爭等災難發(fā)生后，災難現(xiàn)場環(huán)境非常復雜，救援工作的開展十分困難。同時復雜的災后現(xiàn)場又具有很大的危險性，時刻威脅著救援人員以及受困人員的生命安全。而救援機器人可以輔助或者直接代替救援人員在災難現(xiàn)場實施救援活動，從而可以將救援效率提高。因此，對救援機器人的技術研究已經(jīng)成為智能機器人在實際領域的重點應用之一。
　　本論文針對參加RoboCup Rescue比賽的履帶式救援機器人，兼顧實際應用，設計了一套以飛思卡爾MC

2、9S12XS128微控制器為控制核心的救援機器人控制系統(tǒng)，并對信息處理工作進行了研究。其中，控制系統(tǒng)主要是對硬件平臺進行了設計，并開發(fā)了相應的軟件，實現(xiàn)了機器人的姿態(tài)控制；信息處理工作主要是對激光雷達數(shù)據(jù)用于環(huán)境建圖進行了研究，通過實驗準確地建立了環(huán)境地圖，證明了建圖算法的可行性。本論文的主要工作如下：
　　首先，根據(jù)比賽需要確定本控制系統(tǒng)以履帶式救援機器人為載體，并根據(jù)機器人的基本需求對驅動電機的型號進行選取，包括主驅動電機選取

3、、主臂電機選取和輔助臂電機選取。
　　其次，結合救援機器人的功能需求、運動系統(tǒng)特性和控制系統(tǒng)的可行性分析，確定了基于PC的上、下位機分層式控制系統(tǒng)的總體方案。上位機負責傳感器信息融合、環(huán)境地圖構建以及視頻數(shù)據(jù)接收與顯示，下位機負責激光雷達、M Ti等數(shù)據(jù)的采集和傳輸，上下位機分工明確，提高了控制系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理速度，從而保證了整個系統(tǒng)的實時性和穩(wěn)定性。
　　根據(jù)控制系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)的整體方案，對機器人控制系統(tǒng)和

4、信息處理系統(tǒng)的硬件平臺進行了設計，包括以飛思卡爾MC9S12XS128微控制器為控制核心的底層控制電路、視頻通訊系統(tǒng)和建圖系統(tǒng)，并在硬件基礎上完成了控制系統(tǒng)程序、信息處理系統(tǒng)接口程序和數(shù)據(jù)打包與發(fā)送程序設計以及建圖軟件的設計。其中，將建圖軟件分為上位機和下位機兩部分進行了詳細研究，下位機部分使用串口方式采集激光雷達信息數(shù)據(jù)，然后通過無線網(wǎng)絡將采集到的激光雷達數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機。在接收到激光雷達數(shù)據(jù)后，上位機運行建圖程序，最終完成環(huán)境地圖創(chuàng)

5、建工作。
　　最后，對將激光雷達數(shù)據(jù)用于環(huán)境建圖進行了詳細研究。首先，介紹了激光雷達進行環(huán)境建圖的原理，并給出了在傳感器誤差未處理的情況下的仿真建圖效果。然后，由于傳感器誤差的存在而提出了一種基于線段特征的環(huán)境地圖創(chuàng)建方法，將地圖創(chuàng)建過程分為特征提取和特征匹配兩個步驟。特征提取采用一種改進的分開與合并特征提取算法，提取出激光雷達掃描的點集數(shù)據(jù)中的線段特征。將特征匹配分為轉向運動和直線運動兩種救援機器人運動方式分別進行討論，并對算法