多驱动煤矿救援机器人行走系统与驱动模式自适应控制研究
发布时间：2021-07-22 07:07
煤矿救援机器人可以代替救援人员进入矿难现场进行环境探测和人员搜救,这对提高救援效率,减少救护队员的伤亡具有重要的意义。然而,由于煤矿灾后环境过于复杂,导致煤矿救援机器人的应用还不理想,机器人各方面的技术均有待突破。这其中,行走能力决定了机器人能否顺利行走至灾区,因此,对煤矿救援机器人行走系统相关技术的研究十分重要且紧迫。但由于煤矿救援机器人的特殊性,研究其行走技术的同时还必须兼顾防爆设计,只有同时满足行走和防爆双重要求的行走系统才能真正用于煤矿救援机器人。然而,防爆设计与行走性能是相互影响,互相制约的。如何平衡二者之间的矛盾,使机器人行走系统既具有良好的行走能力,又能满足防爆性能要求是本文研究的重点与难点。为了提出合理的煤矿救援机器人性能设计要求,对煤矿环境特点进行了深入研究。首先,阐述了煤矿救援机器人的工作原理,结合该原理对机器人所面对的灾后环境进行了深入分析,提出了灾后环境的五种特点,并对井下非结构化地形进行了结构化特征提取。其次,针对环境分析结果,提出了机器人八个方面的性能要求,并着重针对与行走系统相关的要求制定了量化指标。最后,对现行防爆方法进行了研究,分析了防爆设计对行走等性...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：185 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
Ratler矿井探索机器人
通过煤矿安全标志认证，并实现两个以上煤矿的应用示范。.2 国内外研究现状与分析 (Research Status and Analysis at Hond Abroad).2.1 煤矿救援机器人研究现状（1）国外煤矿救援机器人世界上第一台煤矿救援机器人是由美国劳工部矿山安全和卫生管理局与 Sa智能系统和机器人中心协作研发的 Ratler 矿井探索机器人[23]，如图 1-1 所示。这快速反应的机器人主要用于调查事故后的现场安全情况。矿难发生后，该机器人快速地进入现场，人们可以通过机器人寻找幸存者，检查危险气体并评估矿井危别。Willow Creek 煤矿于 1998 年 11 月 24 日遭受严重火灾后，Ratler 机器人到现行了初步的适用性试验。该机器人安装了前视红外摄像机、陀螺仪和危险气体传，通过射频进行控制和信息传输，遥控距离大约有 250 英尺（76.2 m）。但总体，Ratler 还远无法满足煤矿救援机器人对机动性和可视性的要求。
Thrun 等人对宾夕法尼亚州的废旧煤矿马蒂斯矿的主巷道进行了探测和三维构图，效果如图1-3(b)所示。但此机器人只是从功能上进行了设计，并没有过多的考虑防爆问题，只能在废弃的矿井中应用。(a) Groundhog 探测机器人(b) 马蒂斯矿的主巷道三维地图图 1-3 煤矿探测型机器人 Groundhog 及其构建的三维地图Figure 1-3 Coal mine detection robot Groundhog and the 3D map-building美国卡内基梅隆大学机器人研究中心还设计了一款煤矿救灾机器人平台 CaveCrawler[26]，如图 1-4 所示。其内部采用类似于“勇气号”火星车的齿轮差动机构，左右的轮子采用摇杆式移动系统，并且通过差动机构连接左右两摇杆与机器人主车体，将机器人左右摇杆的摆角进行线性平均，并转化为机器人主车体的摆角输出，这样可以保持机器人主车体的相对平衡。当某一轮抬起时，整个车体的摆动角度是轮子抬起角度的一半，这样能够有效地减小地形变化对主车体的影响；同时，这种设计可以使机器人较为均匀地向各个车轮分配车体重量，并且各车轮能随着地面的起伏被动地自由调整位置，提高了机器人的运行平稳性、抗颠覆
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于加权秩和比法的隔震梁桥失效模式研究[J]. 张云,谭平,黄佳栋. 西南交通大学学报. 2018(01)
[2]采用虚拟电机的改进偏差耦合多电机同步控制[J]. 史婷娜,辛雄,夏长亮. 中国电机工程学报. 2017(23)
[3]基于虚拟现实的机器人遥操作关键技术研究[J]. 倪得晶,宋爱国,李会军. 仪器仪表学报. 2017(10)
[4]履带式煤矿救援机器人行走机构研究[J]. 李秋生,闫小军. 煤炭技术. 2017(10)
[5]智能空间环境下基于本体的机器人服务自主认知及规划[J]. 路飞,田国会,李擎. 机器人. 2017(04)
[6]全地形铰接式履带车辆原地转向运动学与动力学建模[J]. 董超,成凯,胡文强,姚禹,高学亮. 中南大学学报(自然科学版). 2017(06)
[7]煤矿探测机器人行走机构设计与步态分析[J]. 蔡李花,方海峰,高进可,吴群彪,李允旺. 工矿自动化. 2017(06)
[8]危险环境下救援机器人技术发展现状与趋势[J]. 葛世荣,朱华. 煤炭科学技术. 2017(05)
[9]煤矿灾害救援双级式信息探测机器人系统研制[J]. 郑兴,张高峰,王红旗. 煤炭科学技术. 2017(05)
[10]基于虚拟现实的煤矿救援机器人远程控制技术[J]. 张旭辉,董润霖,马宏伟,杜昱阳,毛清华,王川伟,薛旭升,马琨. 煤炭科学技术. 2017(05)
博士论文
[1]时延双边遥操作机器人系统控制方法研究[D]. 李玉玲.北京科技大学 2016
[2]矿用救援机器人关键技术研究[D]. 刘建.中国矿业大学 2014
[3]煤矿轮式移动机器人隔爆仓体与控制模式研究[D]. 周丹.中国矿业大学(北京) 2012
[4]多节履带式搜索机器人及其运动策略研究[D]. 刘罡.哈尔滨工业大学 2011
[5]矿井救灾机器人行走机构研究[D]. 李允旺.中国矿业大学 2010
硕士论文
[1]虚拟现实系统中人机交互技术研究[D]. 李辰龙.浙江大学 2017
[2]煤矿井下水害漫延及避灾路线问题的研究[D]. 李智勇.太原理工大学 2016
[3]液压挖掘机履带行走装置故障机理研究[D]. 李刚.吉林大学 2016
[4]煤矿井巷环境下的机器人障碍识别研究[D]. 庄秀丽.中国矿业大学 2016
[5]煤矿救援机器人多电机驱动与协同控制研究[D]. 王振.中国矿业大学 2016
[6]煤矿救援机器人地图构建与路径规划研究[D]. 程新景.中国矿业大学 2016
[7]遥操作机器人系统时延补偿研究[D]. 金俊凯.浙江工业大学 2016
[8]履带车辆行动系统及软地面的动力学建模与分析[D]. 孟磊.北京理工大学 2016
[9]煤矿救援机器人环境探测与运动控制研究[D]. 高志军.中国矿业大学 2015
[10]煤矿救灾机器人监测系统设计及无线信道特性分析[D]. 杜翠杰.河南理工大学 2015
本文编号：3296692
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：185 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
Ratler矿井探索机器人
通过煤矿安全标志认证，并实现两个以上煤矿的应用示范。.2 国内外研究现状与分析 (Research Status and Analysis at Hond Abroad).2.1 煤矿救援机器人研究现状（1）国外煤矿救援机器人世界上第一台煤矿救援机器人是由美国劳工部矿山安全和卫生管理局与 Sa智能系统和机器人中心协作研发的 Ratler 矿井探索机器人[23]，如图 1-1 所示。这快速反应的机器人主要用于调查事故后的现场安全情况。矿难发生后，该机器人快速地进入现场，人们可以通过机器人寻找幸存者，检查危险气体并评估矿井危别。Willow Creek 煤矿于 1998 年 11 月 24 日遭受严重火灾后，Ratler 机器人到现行了初步的适用性试验。该机器人安装了前视红外摄像机、陀螺仪和危险气体传，通过射频进行控制和信息传输，遥控距离大约有 250 英尺（76.2 m）。但总体，Ratler 还远无法满足煤矿救援机器人对机动性和可视性的要求。
Thrun 等人对宾夕法尼亚州的废旧煤矿马蒂斯矿的主巷道进行了探测和三维构图，效果如图1-3(b)所示。但此机器人只是从功能上进行了设计，并没有过多的考虑防爆问题，只能在废弃的矿井中应用。(a) Groundhog 探测机器人(b) 马蒂斯矿的主巷道三维地图图 1-3 煤矿探测型机器人 Groundhog 及其构建的三维地图Figure 1-3 Coal mine detection robot Groundhog and the 3D map-building美国卡内基梅隆大学机器人研究中心还设计了一款煤矿救灾机器人平台 CaveCrawler[26]，如图 1-4 所示。其内部采用类似于“勇气号”火星车的齿轮差动机构，左右的轮子采用摇杆式移动系统，并且通过差动机构连接左右两摇杆与机器人主车体，将机器人左右摇杆的摆角进行线性平均，并转化为机器人主车体的摆角输出，这样可以保持机器人主车体的相对平衡。当某一轮抬起时，整个车体的摆动角度是轮子抬起角度的一半，这样能够有效地减小地形变化对主车体的影响；同时，这种设计可以使机器人较为均匀地向各个车轮分配车体重量，并且各车轮能随着地面的起伏被动地自由调整位置，提高了机器人的运行平稳性、抗颠覆
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于加权秩和比法的隔震梁桥失效模式研究[J]. 张云,谭平,黄佳栋. 西南交通大学学报. 2018(01)
[2]采用虚拟电机的改进偏差耦合多电机同步控制[J]. 史婷娜,辛雄,夏长亮. 中国电机工程学报. 2017(23)
[3]基于虚拟现实的机器人遥操作关键技术研究[J]. 倪得晶,宋爱国,李会军. 仪器仪表学报. 2017(10)
[4]履带式煤矿救援机器人行走机构研究[J]. 李秋生,闫小军. 煤炭技术. 2017(10)
[5]智能空间环境下基于本体的机器人服务自主认知及规划[J]. 路飞,田国会,李擎. 机器人. 2017(04)
[6]全地形铰接式履带车辆原地转向运动学与动力学建模[J]. 董超,成凯,胡文强,姚禹,高学亮. 中南大学学报(自然科学版). 2017(06)
[7]煤矿探测机器人行走机构设计与步态分析[J]. 蔡李花,方海峰,高进可,吴群彪,李允旺. 工矿自动化. 2017(06)
[8]危险环境下救援机器人技术发展现状与趋势[J]. 葛世荣,朱华. 煤炭科学技术. 2017(05)
[9]煤矿灾害救援双级式信息探测机器人系统研制[J]. 郑兴,张高峰,王红旗. 煤炭科学技术. 2017(05)
[10]基于虚拟现实的煤矿救援机器人远程控制技术[J]. 张旭辉,董润霖,马宏伟,杜昱阳,毛清华,王川伟,薛旭升,马琨. 煤炭科学技术. 2017(05)
博士论文
[1]时延双边遥操作机器人系统控制方法研究[D]. 李玉玲.北京科技大学 2016
[2]矿用救援机器人关键技术研究[D]. 刘建.中国矿业大学 2014
[3]煤矿轮式移动机器人隔爆仓体与控制模式研究[D]. 周丹.中国矿业大学(北京) 2012
[4]多节履带式搜索机器人及其运动策略研究[D]. 刘罡.哈尔滨工业大学 2011
[5]矿井救灾机器人行走机构研究[D]. 李允旺.中国矿业大学 2010
硕士论文
[1]虚拟现实系统中人机交互技术研究[D]. 李辰龙.浙江大学 2017
[2]煤矿井下水害漫延及避灾路线问题的研究[D]. 李智勇.太原理工大学 2016
[3]液压挖掘机履带行走装置故障机理研究[D]. 李刚.吉林大学 2016
[4]煤矿井巷环境下的机器人障碍识别研究[D]. 庄秀丽.中国矿业大学 2016
[5]煤矿救援机器人多电机驱动与协同控制研究[D]. 王振.中国矿业大学 2016
[6]煤矿救援机器人地图构建与路径规划研究[D]. 程新景.中国矿业大学 2016
[7]遥操作机器人系统时延补偿研究[D]. 金俊凯.浙江工业大学 2016
[8]履带车辆行动系统及软地面的动力学建模与分析[D]. 孟磊.北京理工大学 2016
[9]煤矿救援机器人环境探测与运动控制研究[D]. 高志军.中国矿业大学 2015
[10]煤矿救灾机器人监测系统设计及无线信道特性分析[D]. 杜翠杰.河南理工大学 2015
本文编号：3296692
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/3296692.html
