履带式煤矿救援机器人运动控制系统设计
发布时间：2021-08-21 17:03
随着机器人技术的发展,机器人已经在各行各业得到了应用,在此次新冠肺炎的疫情中,各类室内消杀机器人为室内环境的消毒杀菌都起到了至关重要的作用,避免了医护人员的感染风险。同样在煤矿环境中,机器人同样有很大的应用前景,我国是一个煤炭大国,对于煤炭资源的需求十分巨大,但我国煤炭开采普遍难度大且事故频发,因此迫切需要一款在灾后辅助救援的机器人,该类机器人通常需要在恶劣的煤矿环境中工作,因此机器人环境构建与路径规划是其核心技术,课题以履带机器人为实验平台,设计其软件及硬件控制系统以达到导航要求。本文以ROS系统为开发框架,主要分为建图与导航两大块对救援机器人进行总体设计,其硬件系统主要分为IMU单元、MCU控制单元、串口驱动、ADC采样以及动力驱动单元;其软件系统主要分为机器人底盘闭环控制、全局与局部路径规划、未知环境建图。通过ROS分布式通讯的方式使得各个功能模块化,实现松耦合的控制方式,便于功能的扩展,主要研究内容如下:（1）主要分析运动学模型、姿态模型、以及地图模型,实现机器人运动闭环控制以及矿井环境的建模。针对SLAM部分,分别理论分析了基于粒子滤波、高斯牛顿法、以及图优化的建图方法,并基...
【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】：102 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
结合Exyn技Figure1-1Four-leggedro
1绪论3一组四足机器人，在未知的地下环境中导航，通过将GhostRobotics的四足机器人与Exyn无人机驾驶技术相结合，如图1-1，结合四足机器人优异的越障能力，机器人携带光电检测设备和测距设备，构建3D地图数据，搭载的热成像设备用于对人体等生物信息进行探测，该实验通过多台机器人协同完成，在实际环境中实验取得良好效果，目前该计划得到了美国国防高级研究计划局（U.S.DefenseAdvancedResearchProjectsAgency）的资助。图1-1结合Exyn技术的四足机器人Figure1-1Four-leggedrobotwithExyntechnology日本京都大学（KyotoUniversity）机器人工学科研小组，研发了一款名为KOHGA3的灾后搜救机器人，如图1-2，KOHGA3长86厘米，宽45厘米，高75厘米，重达40公斤，为遥控操作型机器人，利用安装了7个马达的机械臂前端安装的摄像头对周围进行搜寻，其自主探测，通过测距感知器来绘制地图，由内置的感温器来发现灾民，该机器人曾被用于对有坍塌危险的青森县八户市体育馆展开调查，经过了反复改良，性能优异。图1-2灾后搜救机器人KOHGA3Figure1-2Post-disastersearchandrescuerobotKOHGA3桑迪亚（Sandia）的Gemini-Scout矿山救援机器人，如图1-3，其目地是在非常危险的地下矿井中进行救援工作。它的长度不到1.2m，高不到0.6m，并且配备了独特的关节联动底盘，便于翻越沟渠，多岩石区地及不规则地形，搭载了气体传感器，一个用于定位生还者的热像仪以及另一个安装在上方的云台相机，用
1绪论3一组四足机器人，在未知的地下环境中导航，通过将GhostRobotics的四足机器人与Exyn无人机驾驶技术相结合，如图1-1，结合四足机器人优异的越障能力，机器人携带光电检测设备和测距设备，构建3D地图数据，搭载的热成像设备用于对人体等生物信息进行探测，该实验通过多台机器人协同完成，在实际环境中实验取得良好效果，目前该计划得到了美国国防高级研究计划局（U.S.DefenseAdvancedResearchProjectsAgency）的资助。图1-1结合Exyn技术的四足机器人Figure1-1Four-leggedrobotwithExyntechnology日本京都大学（KyotoUniversity）机器人工学科研小组，研发了一款名为KOHGA3的灾后搜救机器人，如图1-2，KOHGA3长86厘米，宽45厘米，高75厘米，重达40公斤，为遥控操作型机器人，利用安装了7个马达的机械臂前端安装的摄像头对周围进行搜寻，其自主探测，通过测距感知器来绘制地图，由内置的感温器来发现灾民，该机器人曾被用于对有坍塌危险的青森县八户市体育馆展开调查，经过了反复改良，性能优异。图1-2灾后搜救机器人KOHGA3Figure1-2Post-disastersearchandrescuerobotKOHGA3桑迪亚（Sandia）的Gemini-Scout矿山救援机器人，如图1-3，其目地是在非常危险的地下矿井中进行救援工作。它的长度不到1.2m，高不到0.6m，并且配备了独特的关节联动底盘，便于翻越沟渠，多岩石区地及不规则地形，搭载了气体传感器，一个用于定位生还者的热像仪以及另一个安装在上方的云台相机，用
【参考文献】：
期刊论文
[1]2D激光slam算法在室内建图对比研究[J]. 孙宗涛,朱永强. 内燃机与配件. 2020(01)
[2]激光SLAM移动机器人室内定位研究[J]. 严小意,郭杭. 测绘通报. 2019(12)
[3]基于ROS平台机器人导航避障系统设计与开发[J]. 贾卫平,盖欣桐,张祥,赵洪健,黄式贤. 机械工程师. 2019(10)
[4]适用于低端激光雷达的优化Hector SLAM算法[J]. 苏易衡,张奇志,周亚丽. 实验室研究与探索. 2019(09)
[5]基于A*算法和人工势场法的移动机器人路径规划[J]. 王洪斌,郝策,张平,张明泉,尹鹏衡,张永顺. 中国机械工程. 2019(20)
[6]煤矿机器人现状及发展方向[J]. 葛世荣. 中国煤炭. 2019(07)
[7]煤矿井下探测搜救机器人地形感知系统及路径规划方法研究[J]. 卢万杰,付华,赵洪瑞. 传感技术学报. 2019(07)
[8]基于ROS平台的激光雷达Slam-GMapping的重定位方法研究[J]. 胡晓强,刘汉忠,贾良冠,张盟,吴正朕. 现代信息科技. 2019(12)
[9]具备结构感知功能的倾斜摄影测量场景三维重建[J]. 肖雄武. 测绘学报. 2019(06)
[10]粒子群优化模糊PID的履带机器人运动控制研究[J]. 柴钰,王乔. 现代电子技术. 2018(18)
博士论文
[1]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[D]. 李雨潭.中国矿业大学 2018
[2]非完整轮式移动机器人运动规划与控制研究[D]. 于浩.中国海洋大学 2014
硕士论文
[1]基于ROS的多传感器信息融合自主导航控制系统设计与实现[D]. 王鹏飞.南京邮电大学 2019
[2]动态路径技术在无线传感器网络中的应用研究[D]. 何凡.南京邮电大学 2019
[3]基于ROS的全向移动机器人系统设计与研究[D]. 王古超.安徽理工大学 2019
[4]室内机器人同步定位与建图研究[D]. 尹磊.广西科技大学 2019
[5]基于SLAM的餐厅智能服务机器人设计与实现[D]. 张占宾.北方工业大学 2019
[6]基于Cartographer算法的SLAM与导航机器人设计[D]. 贾浩.山东大学 2019
[7]基于激光雷达的室内移动机器人SLAM与导航技术研究[D]. 杜哲夫.湖北工业大学 2019
[8]基于视觉和惯导融合的巡检机器人定位与建图技术研究[D]. 陈常.中国矿业大学 2019
[9]基于多传感器的移动机器人地图构建方法研究[D]. 郑道岭.广西大学 2018
[10]基于激光雷达的二维即时定位与制图技术研究[D]. 李昊.东南大学 2018
本文编号：3355997
【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】：102 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
结合Exyn技Figure1-1Four-leggedro
1绪论3一组四足机器人，在未知的地下环境中导航，通过将GhostRobotics的四足机器人与Exyn无人机驾驶技术相结合，如图1-1，结合四足机器人优异的越障能力，机器人携带光电检测设备和测距设备，构建3D地图数据，搭载的热成像设备用于对人体等生物信息进行探测，该实验通过多台机器人协同完成，在实际环境中实验取得良好效果，目前该计划得到了美国国防高级研究计划局（U.S.DefenseAdvancedResearchProjectsAgency）的资助。图1-1结合Exyn技术的四足机器人Figure1-1Four-leggedrobotwithExyntechnology日本京都大学（KyotoUniversity）机器人工学科研小组，研发了一款名为KOHGA3的灾后搜救机器人，如图1-2，KOHGA3长86厘米，宽45厘米，高75厘米，重达40公斤，为遥控操作型机器人，利用安装了7个马达的机械臂前端安装的摄像头对周围进行搜寻，其自主探测，通过测距感知器来绘制地图，由内置的感温器来发现灾民，该机器人曾被用于对有坍塌危险的青森县八户市体育馆展开调查，经过了反复改良，性能优异。图1-2灾后搜救机器人KOHGA3Figure1-2Post-disastersearchandrescuerobotKOHGA3桑迪亚（Sandia）的Gemini-Scout矿山救援机器人，如图1-3，其目地是在非常危险的地下矿井中进行救援工作。它的长度不到1.2m，高不到0.6m，并且配备了独特的关节联动底盘，便于翻越沟渠，多岩石区地及不规则地形，搭载了气体传感器，一个用于定位生还者的热像仪以及另一个安装在上方的云台相机，用
1绪论3一组四足机器人，在未知的地下环境中导航，通过将GhostRobotics的四足机器人与Exyn无人机驾驶技术相结合，如图1-1，结合四足机器人优异的越障能力，机器人携带光电检测设备和测距设备，构建3D地图数据，搭载的热成像设备用于对人体等生物信息进行探测，该实验通过多台机器人协同完成，在实际环境中实验取得良好效果，目前该计划得到了美国国防高级研究计划局（U.S.DefenseAdvancedResearchProjectsAgency）的资助。图1-1结合Exyn技术的四足机器人Figure1-1Four-leggedrobotwithExyntechnology日本京都大学（KyotoUniversity）机器人工学科研小组，研发了一款名为KOHGA3的灾后搜救机器人，如图1-2，KOHGA3长86厘米，宽45厘米，高75厘米，重达40公斤，为遥控操作型机器人，利用安装了7个马达的机械臂前端安装的摄像头对周围进行搜寻，其自主探测，通过测距感知器来绘制地图，由内置的感温器来发现灾民，该机器人曾被用于对有坍塌危险的青森县八户市体育馆展开调查，经过了反复改良，性能优异。图1-2灾后搜救机器人KOHGA3Figure1-2Post-disastersearchandrescuerobotKOHGA3桑迪亚（Sandia）的Gemini-Scout矿山救援机器人，如图1-3，其目地是在非常危险的地下矿井中进行救援工作。它的长度不到1.2m，高不到0.6m，并且配备了独特的关节联动底盘，便于翻越沟渠，多岩石区地及不规则地形，搭载了气体传感器，一个用于定位生还者的热像仪以及另一个安装在上方的云台相机，用
【参考文献】：
期刊论文
[1]2D激光slam算法在室内建图对比研究[J]. 孙宗涛,朱永强. 内燃机与配件. 2020(01)
[2]激光SLAM移动机器人室内定位研究[J]. 严小意,郭杭. 测绘通报. 2019(12)
[3]基于ROS平台机器人导航避障系统设计与开发[J]. 贾卫平,盖欣桐,张祥,赵洪健,黄式贤. 机械工程师. 2019(10)
[4]适用于低端激光雷达的优化Hector SLAM算法[J]. 苏易衡,张奇志,周亚丽. 实验室研究与探索. 2019(09)
[5]基于A*算法和人工势场法的移动机器人路径规划[J]. 王洪斌,郝策,张平,张明泉,尹鹏衡,张永顺. 中国机械工程. 2019(20)
[6]煤矿机器人现状及发展方向[J]. 葛世荣. 中国煤炭. 2019(07)
[7]煤矿井下探测搜救机器人地形感知系统及路径规划方法研究[J]. 卢万杰,付华,赵洪瑞. 传感技术学报. 2019(07)
[8]基于ROS平台的激光雷达Slam-GMapping的重定位方法研究[J]. 胡晓强,刘汉忠,贾良冠,张盟,吴正朕. 现代信息科技. 2019(12)
[9]具备结构感知功能的倾斜摄影测量场景三维重建[J]. 肖雄武. 测绘学报. 2019(06)
[10]粒子群优化模糊PID的履带机器人运动控制研究[J]. 柴钰,王乔. 现代电子技术. 2018(18)
博士论文
[1]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[D]. 李雨潭.中国矿业大学 2018
[2]非完整轮式移动机器人运动规划与控制研究[D]. 于浩.中国海洋大学 2014
硕士论文
[1]基于ROS的多传感器信息融合自主导航控制系统设计与实现[D]. 王鹏飞.南京邮电大学 2019
[2]动态路径技术在无线传感器网络中的应用研究[D]. 何凡.南京邮电大学 2019
[3]基于ROS的全向移动机器人系统设计与研究[D]. 王古超.安徽理工大学 2019
[4]室内机器人同步定位与建图研究[D]. 尹磊.广西科技大学 2019
[5]基于SLAM的餐厅智能服务机器人设计与实现[D]. 张占宾.北方工业大学 2019
[6]基于Cartographer算法的SLAM与导航机器人设计[D]. 贾浩.山东大学 2019
[7]基于激光雷达的室内移动机器人SLAM与导航技术研究[D]. 杜哲夫.湖北工业大学 2019
[8]基于视觉和惯导融合的巡检机器人定位与建图技术研究[D]. 陈常.中国矿业大学 2019
[9]基于多传感器的移动机器人地图构建方法研究[D]. 郑道岭.广西大学 2018
[10]基于激光雷达的二维即时定位与制图技术研究[D]. 李昊.东南大学 2018
本文编号：3355997
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