煤礦救援探測(cè)機(jī)器人轉(zhuǎn)向及避障機(jī)理研究.pdf

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1、務(wù)l訇化煤礦救援探測(cè)機(jī)器人轉(zhuǎn)向及避障機(jī)理研究Thesteeringand0bstacle-avoidancemechanismofthecoaIminerescuedetecting-robot馬宏偉，王川偉MAHong-wei．VVANGChuan-wei(西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，西安710054)摘要：通過(guò)對(duì)煤礦救援探測(cè)機(jī)器人轉(zhuǎn)向機(jī)理分析，得出機(jī)器人兩側(cè)主履帶在不同速度差的情況下會(huì)有4種不同的轉(zhuǎn)向形式，在此基礎(chǔ)上提出用最小避障半徑及最大避障半徑來(lái)表示機(jī)器人避障空間的方法來(lái)判斷機(jī)器人的障礙通過(guò)性，并提出控制機(jī)器人的避障速度來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)特定障礙物的避障運(yùn)動(dòng)，最后通過(guò)仿真分析，驗(yàn)證了此方法的可行

2、性，為機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自主避障奠定了理論基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：探測(cè)機(jī)器人；轉(zhuǎn)向機(jī)理；避障機(jī)理；避障空間中圖分類號(hào)：TP242文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-0134(2014)02(下)-0055-04Doi：10．3969／J．Issn．1009-0134．2014．02(卜)．160引言差才能避開(kāi)障礙物，此時(shí)能避開(kāi)多大的障礙物等問(wèn)題都還需要進(jìn)一步研究。本文則以六履帶式救隨著煤礦救援機(jī)器人研究的不斷深入，智能援機(jī)器人為研究對(duì)象，探索履帶式救援機(jī)器人的化已經(jīng)成為人們追求的目標(biāo)，機(jī)器人在沒(méi)有人干涉的條件下實(shí)現(xiàn)智能行走及控制，進(jìn)行自主救轉(zhuǎn)向及避障機(jī)理。援。因此，要求機(jī)器人必需充分掌握自身的避障1六履帶探測(cè)機(jī)

3、器人轉(zhuǎn)向機(jī)理能力。機(jī)器人可以根據(jù)地形條件來(lái)判斷前方障礙1．1轉(zhuǎn)向機(jī)理分析通過(guò)性并根據(jù)障礙物大小來(lái)實(shí)現(xiàn)自主控制，從而煤礦救援探測(cè)機(jī)器人在行走過(guò)程中，是通過(guò)有效實(shí)現(xiàn)避障運(yùn)動(dòng)。機(jī)器人的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)避障運(yùn)動(dòng)的。但是機(jī)器煤礦救援探測(cè)機(jī)器人的避障運(yùn)動(dòng)是通過(guò)控制人轉(zhuǎn)向方式與輪式車輛的轉(zhuǎn)向方式有所不同，輪機(jī)器人的行走履帶的速度差來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的轉(zhuǎn)向式車輛是通過(guò)前輪轉(zhuǎn)向來(lái)完成車輛的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)，而救援探測(cè)機(jī)器人的轉(zhuǎn)向機(jī)理與坦克車及通常稱為幾何轉(zhuǎn)向；而履帶救援機(jī)器人轉(zhuǎn)向是控小型履帶車的轉(zhuǎn)向機(jī)理相似，對(duì)于后者已經(jīng)有許制機(jī)器人兩側(cè)主履帶的速度差，在高速履帶與低多科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行了深入分析，如徐志偉對(duì)坦克車速履帶共同作

4、用下，機(jī)器人向低速履帶一側(cè)轉(zhuǎn)輛的各種轉(zhuǎn)向方式進(jìn)行了深入分析，劉恒培研究向，通常稱為物理轉(zhuǎn)向。了微型履帶山地拖拉機(jī)坡地行駛動(dòng)力學(xué)性能，孫假設(shè)，機(jī)器人的高速履帶的速度為，低速海濤口基于履帶車輛的滑移轉(zhuǎn)向理論，分析了履帶履帶的速度為1，，，兩履帶的速度差記為寬度、履帶接地面速度瞬心的偏移對(duì)轉(zhuǎn)向阻力的影響。王國(guó)運(yùn)用仿真分析的方法研究了在差速△=VH—V那么，當(dāng)Av=0時(shí)，機(jī)器人為靜轉(zhuǎn)向過(guò)程中大型履帶車輛的各性能參數(shù)隨理論速止或勻速直線行駛；當(dāng)Av>0時(shí)，機(jī)器人行駛運(yùn)比的變化規(guī)律。歐屹建立了準(zhǔn)確的控制模型，描動(dòng)為差速轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)軌跡可視為半徑為R的述小型履帶式地面移動(dòng)機(jī)器人轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，并討論圓弧。了

5、轉(zhuǎn)向阻力距的建模方法。1．2轉(zhuǎn)向半徑的確定以上研究主要是針對(duì)坦克及小型機(jī)器人轉(zhuǎn)向履帶式車輛轉(zhuǎn)向半徑R的確定通常有兩種表示的定性分析，為實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境下自主導(dǎo)法，第一種是以履帶車輛的高速履帶中心到轉(zhuǎn)向航，還需要對(duì)機(jī)器人轉(zhuǎn)向進(jìn)行定量分析。如機(jī)器圓弧中心的距離稱為轉(zhuǎn)向半徑。徐志¨以坦克為人在行駛過(guò)程中，機(jī)器人要以怎樣的運(yùn)動(dòng)才能避例，介紹了坦克轉(zhuǎn)向的三種情況時(shí)的不同轉(zhuǎn)向半開(kāi)前面的障礙物，機(jī)器人兩側(cè)履帶要以多少速度徑。第二種是以履帶車輛的的幾何中心到轉(zhuǎn)向圓收穡日期：2013-I1-21基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(50674075)；陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程計(jì)劃項(xiàng)目(2013KTCL01—02)

6、作者簡(jiǎn)介：馬宏偉(1957一)，男，陜西興平人，教授，博士，主要從事智能檢測(cè)與控制、工業(yè)機(jī)器人等的研究工作。第36卷第2期2014—02(下)[551l甸似，r、c^，／‘三一。謄鎣__鎣_量__??‘f，；零k，J，÷_J融?一～一，．一．／}；一～，一?、一tj—●‘f一

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9、、＼／、；＼t＼1＼／．T_一(a)機(jī)器人各點(diǎn)x方向速度曲線圖(b)機(jī)器人各點(diǎn)位移圖圖4履帶機(jī)器人幾何體切邊轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)相關(guān)數(shù)據(jù)3．2實(shí)驗(yàn)分析該方法的有效性，此方法還可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人面對(duì)從圖4中可以看到機(jī)器人在轉(zhuǎn)向過(guò)程中各點(diǎn)的不同半徑障礙物的避障運(yùn)動(dòng)。速度曲線，其中從圖4(a)中可以看到機(jī)器人A點(diǎn)參考文獻(xiàn)：x方向的

10、速度在零刻度線處上下波動(dòng)，即A點(diǎn)與機(jī)【11徐志偉．坦克是怎樣轉(zhuǎn)向的【J】．兵器知識(shí)，2001，06：22-23．器人轉(zhuǎn)向中心重合，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人幾何體切邊轉(zhuǎn)【2】劉恒培．微型履帶山地拖拉機(jī)坡地行駛動(dòng)力學(xué)研究【D】．向運(yùn)動(dòng)。西北農(nóng)林科技大學(xué)，2012．履帶機(jī)器人的機(jī)構(gòu)參數(shù)為B=490mm，【3]孫海濤，王國(guó)強(qiáng)，王良，徐兆明．軟路面履帶轉(zhuǎn)向阻力的研n0=132mm，L=660mm，把參數(shù)帶入式(2)與究[J】_建筑