仿土撥鼠礦難救災機器人控制系統(tǒng)關鍵技術研究.pdf

1、煤礦安全生產(chǎn)事故頻發(fā)不僅造成了生命財產(chǎn)的損失，還影響國家聲譽和社會安定。礦難一旦發(fā)生，如何展開事故救援以最大限度地挽回人民的生命和財產(chǎn)損失，一直是世界各國研究的熱點問題。災害礦井環(huán)境復雜、空間受限、而且充滿了爆炸性氣體，這些特點不僅使救援工作難以展開，而且還會給參與救援的人員帶來傷害，在救援過程中由于救援不力造成更大傷亡或救援人員傷亡的事件時有發(fā)生。隨著機器人技術和智能技術的發(fā)展，讓機器人代替人進入災害礦井探測事故現(xiàn)場的巷道結(jié)構(gòu)、溫度、

2、瓦斯和一氧化碳等有毒氣體的濃度等環(huán)境參數(shù)，并將信息傳送到指揮機構(gòu)，對于救援工作的展開具有重要的參考意義，人員營救機器人還能夠攜帶藥品、食物、水、生命探測儀等救援物資直接參與人員營救。
　　 當前的礦難機器人主要以輪式和履帶式機器人為主，這類機器人的環(huán)境適應能力有限，體積較大，無法進入狹小空間，特別是遇到堵塞區(qū)域時無法繼續(xù)前行，影響救援工作的進行。本文設計了仿土撥鼠礦難救災機器人，該機器人采用六足行走，地形適應能力強，同時還具備蠕

3、動和掘進功能，能夠在狹小空間中穿行，在遇到堵塞區(qū)域時能夠進行掘進，減少了環(huán)境探測的盲區(qū)?；诜峦翐苁蟮V難機器人平臺，本文對其控制系統(tǒng)若干關鍵問題進行研究，具體包括以下內(nèi)容：
　　 對機器人六足運動、頸部運動以及蠕動運動等運動形式下的機器人運動學和動力學進行分析，建立相應的運動學和動力學模型，為運動控控制器的設計奠定模型基礎。
　　 在對機器人六足行走步態(tài)進行分析的基礎上，提出了一種基于BSLIP（雙足彈簧—質(zhì)量倒立擺）模

4、型和足底壓力反饋的機器人本體運動控制方法，設計了相應的動力學控制器，該控制方法控制精度高，工程實現(xiàn)簡單。
　　 機器人在狹小空間內(nèi)依靠撐緊機構(gòu)和腰部機構(gòu)的協(xié)調(diào)運動實現(xiàn)蠕動，蠕動過程中撐緊力的大小對機器人蠕動效率具有決定性的影響，撐緊力過小容易產(chǎn)生“打滑”，過大則能量損失大。本文提出了一種基于最小能量損失的機器人蠕動控制方法，該方法根據(jù)蠕動軌跡來計算最優(yōu)撐緊力的大小，進而求解驅(qū)動電機的驅(qū)動力矩，最大程度地減小能量損失。
　　

5、 對機器人的掘進過程進行了分析，給出了機器人實現(xiàn)掘進運動的實現(xiàn)流程，并對掘進過程中頸部運動控制方法進行了研究，提出了一種基于動力學前饋補償?shù)念i部運動控制方法，該控制方法能夠克服負載力矩對控制精度的影響，提高了不確定環(huán)境下掘進控制的精度。
　　 根據(jù)爆炸性氣體環(huán)境對機器人控制系統(tǒng)硬件的要求，研究了仿土撥鼠礦難救災機器人控制系統(tǒng)硬件平臺的搭建和控制系統(tǒng)軟件的開發(fā)。研制了具有六足行進功能的礦難救災機器人樣機，并開發(fā)了基于分層遞階式體