煤礦井下探測機器人人機交互控制系統(tǒng).pdf

1、中國是一個礦難事故多發(fā)的國家，礦難發(fā)生后的現(xiàn)場環(huán)境具有復(fù)雜性、未知性及潛在的二次傷害等特點，在搜救過程中，救護隊員時刻面臨許多威脅自身安全的危險和挑戰(zhàn)。因此，將搜救機器人應(yīng)用于礦難救援具有非常重要的意義。本課題研究了一種煤礦井下探測機器人系統(tǒng)，可以通過人機交互控制，代替救護隊員及時、快速地深入礦井災(zāi)區(qū)進行環(huán)境探測和幸存者搜尋等工作，從而為下一步營救行動的計劃、決策等提供可靠的依據(jù)。
　　 本文首先研究了移動機器人的常見體系結(jié)構(gòu)和

2、控制模式，并建立了一種人機交互控制體系結(jié)構(gòu)模型，它融合了層次式和基于行為的控制體系，同時將人的綜合判斷推理能力融入到整個探測機器人系統(tǒng)中，使人的智能與機器智能優(yōu)勢互補，從而使機器人系統(tǒng)的反應(yīng)速度、自主性、靈活性以及并行處理信息的能力得到提高和增強。本文還對機器人遠程人機交互模式進行了研究和設(shè)計，在人機交互模式下，操作員、遠程指揮中心和機器人之間進行了有效地智能分工和配合，使得遙操作和機器人的自主能力有機結(jié)合，提高了機器人執(zhí)行搜索和探測任

3、務(wù)的能力和效率。
　　 然后，基于開放性和模塊化的設(shè)計思想，設(shè)計了機器人人機交互控制系統(tǒng)分布式控制網(wǎng)絡(luò)，這是機器人系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、有效運行的關(guān)鍵。在分布式結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，對機器人本體控制系統(tǒng)各功能模塊節(jié)點以及機器人人機交互接口進行了詳細的軟硬件設(shè)計，并分析和設(shè)計了機器人的通信協(xié)議以及消息調(diào)度機制，從而為其后對機器人智能控制的研究打下基礎(chǔ)。
　　 最后，在人機交互控制構(gòu)架下，給出了一個較為詳細的探測機器人越障任務(wù)實現(xiàn)方法。針對

4、機器人典型越障任務(wù)進行了動作規(guī)劃，并通過分析機器人質(zhì)心變化規(guī)律和傾翻臨界情況得出了機器人平穩(wěn)越障的控制規(guī)律，進而對機器人越障行為控制策略進行了研究和設(shè)計。在課題研究的過程中，通過一系列煤礦井下巷道現(xiàn)場實驗，對機器人控制系統(tǒng)的性能、環(huán)境適應(yīng)能力、人機交互控制方案的可行性等進行了測試和驗證。實驗結(jié)果表明，采用人機交互控制，可以在保證機器人安全、穩(wěn)定、可靠運行的前提下有效地完成各種越障動作，并能夠?qū)τ龅降母鞣N危險情況及時做出應(yīng)急響應(yīng)，大大提高