煤矿救援蛇形机器人的研制与控制

摘要：

针对煤矿灾后复杂的特殊环境,研制了一种具有内圆箍无外圈的叶片轮式蛇形救援机器人.该机器人总长度为1 m,共5节.由蛇头、蛇身和蛇尾组成,其中,蛇头部分由传感器组和夜视仪组成;蛇身部分由5个单元模块、5个连接板、4个正交关节、2个速度舵机组成;蛇尾部分由主控制器、避障模块、通信模块和动力源组成.通过控制正交关节处的方向舵机实现机器人蜿蜒、直线、伸缩、抬头等位姿的改变.机器人的移动机构采用自制叶片轮驱动,具有更好地翻越、攀爬障碍物的能力.通过2个速度舵机驱动10个直流减速电机带动10个叶片轮前进,从而实现控制蛇形机器人运动速度的目的;在此基础上建立机器人运动步态数学模型,分析模型中各个参数对机器人不同运动步态的影响,找到最佳运动参数.在模拟的煤矿巷道中,将仿真得到最佳运动参数运用到对蛇形机器人的运动控制实验中.实验测试表明当蛇形曲线初始角为π/4,机器人偏转角的比例系数为2π时,蛇形机器人蜿蜒和伸缩运动效果最佳.当参数在5到15之间时,蛇形机器人抬头运动效果最佳.该研究为蛇形机器人进一步完成煤矿救援任务奠定了基础.

关键词：叶片轮、蛇形机器人、煤矿救援、运动步态、Serpenoid曲线、姿态控制

所属期刊栏目：38

分类号：TP242(自动化技术及设备)

资助基金：中煤科工集团科技创新项目KJ3013-XBMJ-03;西安科技大学培育基金2013024

在线出版日期：2018-10-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：800-808