关节式履带移动机器人自主越障行为控制

作     者：郝阳 

作者单位：北京理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：施家栋

授予年度：2015年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 

主      题：关节式履带移动机器人 爬楼梯 自主越障 反应式行为 多传感器 

摘      要：当今的移动机器人导航研究在较为平整的地面环境中的应用已经取得了很多成功。但是,针对存在着典型障碍物环境中的自主越障控制的研究不多见。为了满足军事和工业应用对机器人的越障性能和执行效率的要求,有效地提高移动机器人自主越障能力。本文针对爬楼梯这类最常见的越障任务,提出了一种关节式履带移动机器人基于反应式行为的自主越障控制方法。首先,针对自主爬楼梯的要求,对实验室自研的关节式履带移动机器人进行了适当的改造。结合履带机器人结构参数和楼梯环境设计了一种由可旋转式激光雷达和惯性测量单元构成的越障环境感知系统,设计了与之相匹配的运动控制系统,并对机器人进行了运动学建模。其次,提出了一种基于激光雷达数据特征识别的检测方法实现越障过程中各阶段的障碍物结构参数检测,以及机器人与障碍物相对位姿的检测。同时实现了一种基于IMU的越障中机器人偏航角度检测方法。实现了机器人与障碍物相对位姿的实时获取。然后,根据检测到的机器人与障碍物的相对位姿信息,设计了机器人越障前调整动作、基于反应式行为的机器人越障中摆臂动作以及基于PID的机器人越障中纠偏控制方法,从而实现机器人的自主越障。最后,基于Labview软件平台中对关节式履带移动机器人和楼梯环境进行了仿真模型构建,并对所提出的自主越障方法进行了运动学仿真验证。仿真实验结果表明,该方法能够有效地完成自主爬楼梯任务。