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(zāi)以及戰(zhàn)爭等災(zāi)難發(fā)生后，災(zāi)難現(xiàn)場環(huán)境非常復(fù)雜，救援工作的開展十分困難。同時復(fù)雜的災(zāi)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(zāi)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(shù)研究已經(jīng)成為智能機器人在實際領(lǐng)域的重點應(yīng)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(yīng)用，設(shè)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(shè)計，并開發(fā)了相應(yīng)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(qū)動電機的型號進行選取，包括主驅(qū)動電機選取

3、、主臂電機選取和輔助臂電機選取。
　　其次，結(jié)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(gòu)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(shè)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(chǔ)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(shè)計以及建圖軟件的設(shè)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(luò)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(zhuǎn)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