搜救侦测机器人关键技术研究

• 作 者: 郭云龙
• 出 处: 哈尔滨工程大学
• 发表日期: 2013年期
• 关键词: 搜救侦测机器人 可变构型 越障 环境特征识别 同步定位与地图构建

自然灾难或人因灾难发生后,当务之急是尽快搜寻被困于现场的幸存者,由于灾后复杂多变的现场环境对搜救人员会产生巨大的威胁,替代或部分替代搜救人员展开搜救行动的机器人因而成为机器人学研究中的一个重要研究方向。当前该类机器人尚未能够大范围应用于实际搜救任务中,主要原因是其受到自身地形适应能力、稳定性以及感知未知环境能力的限制。因此本文以搜救侦测机器人系统为对象,分析了其主要特点与研究现状,针对其地形适应能力、运动稳定性以及未知环境中的定位与地图构建等关键技术展开了研究。首先,本文分析比较了不同结构形式搜救侦测机器人的特点,提出了可变构型履带式与类蛇形机器人相结合的二级搜救机器人系统。在系统的结构研究中,提出了基于椭圆轨迹形成原理的可变构型机构、小型化双模块双自由度类蛇形机构以及基于双层连杆传动的折叠式探测执行机构。其次,在机器人的运动姿态研究中,本文将机器人分为伸缩主臂以及辅助臂两部分,建立了机器人机构运动的等效模型以及运动学模型。应用运动旋量方法求解得出主臂以及辅助臂的变量参数与本体位姿的关系,为进一步实现机器人运动姿态的准确控制提供了结构数据基础。再次,本文对机器人运动的动静态稳定性进行了研究,得出其稳定性的影响因素与评价参数,为机器人的稳定性控制提供了理论基础。建立了机器人的虚拟样机模型,并应用RecurDyn软件对其变形过程进行了分析,计算验证了所建模型的准确性。研究了机器人在相应地形环境中的越障性能并对建立的数学模型进行了求解,计算得出了其越障性能参数,并通过样机实验进行了验证。最后,以特征匹配为核心方法,提出了基于相邻时刻关联的动态化阈值的欧式距离区域分割、基于角度关系的动态阈值的特征线段提取、基于运动参数匹配的特征线段匹配以及基于最小二乘滤波处理定位计算的综合同步定位与地图构建算法,通过现场实验对算法进行了验证。