灾后救援机器人的设计研究

针对在地震等灾后的复杂环境中,传统的救援方法工作效率低、容易造成二次事故发生的弊端,提出了一种灾后救援机器人系统设计,系统由远程监控站和机器人主体两部分构成,远程操作控制台主要负责接收机器人回传的现场信息并据此远程监控和遥控机器人下一步的行动,机器人主体包括智能控制系统、运动控制系统、数据通信系统和传感器采集系统,通过各系统的协调工作可以实现机器人在狭小的空间和复杂的工作环境中快速发现幸存者,定位事故地点,与被困者对话并回传有效信息,协助救援.灾后救援机器人具有使用机动性强、感知灵敏和实时通讯的特点,可以很好地协助完成救援任务,具有一定的实用性和市场应用前景.     

最新的仿生救灾机器人

<正>仿生救灾机器人是模仿生物、从事生物特点工作的机器人,在救灾中大有用武之地。当地震、矿难和火灾等灾难发生后,在废墟中搜寻幸存者,尽快救出被困者并给予必要的医疗救助,是救援人员面临的紧迫任务。实际经验表明,超过48小时后被困在废墟中的幸存者存活的概率变得越来越低。一些大面积的倒塌建筑,可以借助机械挖掘搜索。而废墟中形成的狭小空间,使救援人员甚至救援犬也无法进入,就需要仿生机器人来完成搜救。它们负重能力极强,能够携带多种传感器,根据救援现场的声音和温度等条件有效搜寻     

基于安全韧性分析的地震应急救援实训功能设计策略

为了提高专业救援人员高效进行灾场评估、幸存者搜救、行动方案制定和应急医护处理等应急响应能力,从中国地震应急救援的响应机制和行动特征出发,将实训功能设计与安全韧性分析相结合,通过强震仿真模拟实验分析对比了不同工况下建筑物灾损特征及触发机制。总结归纳了常见地震灾场场景,根据有限元模拟结果揭示了幸存者在灾场中的潜在分布规律,为地震应急救援训练的结构支护训练、搜索营救训练、竖向转运训练、倾斜楼梯训练、高空营救训练和临时营地搭建训练等实训功能设计提供了理论支撑与量化依据。     

软体机器人研究综述

机器人技术广泛应用于工业生产、医疗服务、勘探勘测、生物工程、救灾救援等领域.传统机器人大都由刚性机构组成,存在环境适应能力低的缺点.软体机器人是一类新型仿生连续体机器人,可以任意改变自身形状,在非结构化环境中应用前景广阔.综述了软体机器人的仿生机理、驱动方式、建模与控制方法等关键问题,并通过分析和梳理软体机器人技术发展中的瓶颈问题及可行解决方案,探讨了软体机器人技术的发展趋势.     

基于多目标优化的救援机械臂结构参数设计

为了综合优化双臂救援机器人双臂协同工作空间、机械臂负载能力以及机械臂末端运动速度,研究了基于多目标函数综合优化的救援机器人双臂结构参数设计方法. 由于双机械臂的协同工作空间难以进行数学描述,提出了一种基于三重积分的描述方法. 针对所建立的双臂协同工作空间、机械臂末端运动速度以及机械臂负载能力三个目标函数的综合优化问题,通过模糊层次分析法,计算每个目标函数的权重从而进行线性加权以得到综合的多目标优化函数. 基于该综合优化函数,通过粒子群算法进行多目标函数最优值求解,得到一组机械臂结构优化参数,使双臂救援机器人的综合性能达到最优. 实验结果表明所提出的双臂救援机器人性能指标的优化方法是可行的.      

仿生自主运动的六足机器人的设计与实现

腿足机器人是移动机器人领域的重要研究方向。与其他类型的移动机器人相比,腿足机器人在非结构环境中进行野外探测,灾区救援和粗糙道路交通运输上有着显著优势。该文基于仿生运动学和图像处理算法进行设计六足机器人可以实现通过手机控制六足机器人行走,可以实现通过WiFi进行机器人与手机的通信,实现机器人跟随发送的指令进行相应动作。系统稳定可靠。     

基于二进制粒子群的救援仿真机器人决策

救援仿真机器人系统中的智能体决策过程是在复杂的多任务环境下寻找一组最优的任务率先执行.本文将二进制粒子群优化算法用于救援仿真机器人的决策过程中.通过对救援仿真机器人的任务进行评价,并且使用带惯性的粒子迭代方式产生最优执行方案.经过RoboCup-Rescue仿真系统测试,救援效果得到了提升.     

救援环境下基于遥操作的机器人控制系统研究

结合救援机器人作业环境的要求,开发出基于客户端/服务器模式的远程控制平台。该平台实现了通过无线网络实时传输各类数据和控制命令,客户端再现了机器人的工作环境和状态。并在此基础上进行了机器人实时操作测试。从测试实验结果可以看到,目前基于无线局域网进行机器人的遥操作是可行的。     

一种小口径井下救援机器人系统设计

小口径深井救援机器人的研制目的在于改变落井事故的救援方式。系统采用模块化的设计结构,分为井上救援操作平台和井下救援机器人本体两部分:井下部分的机器人本体由抱持手臂、探接手臂、本体机架、机器人定位支撑四个模块组成;井上部分为机器人的操作与控制模块。本体中的抱持手臂、探接手臂等救援动作执行机构,在设计中将其所要承担的救援载荷与机构动作时所要克服的工作阻力在空间正交,从而实现救援载荷由模块结构承担,无需模块上的机构动作驱动电机提供动力,机构动作则采用小功率直流电机驱动,因此系统可以由低于36V的直流电源供电;机器人的操作与控制通过Wi-Fi定向无线传输系统实现。试验表明,系统能够实现有效救援。     

机器人听觉定位跟踪声源的研究与进展

从基于麦克风阵列和基于人耳听觉机理两个方面综述了当前机器人听觉定位跟踪声源目标的研究动态和发展方向.首先回顾了机器人听觉定位声源的研究历史;其次讨论了两种系统的优缺点;最后指出了未来机器人听觉定位跟踪声源的发展趋势.基于麦克风阵列的声源定位系统,盲波束形成技术是未来进一步研究内容.而基于人耳听觉机理的声源定位系统,运用计算听觉场景分析建立声源定位模型将是未来热点研究内容.     

GIS系统在矿井救援机器人中的设计与应用

区别于以往的矿井管理系统,矿井救援机器人自主导航GIS系统主要面向煤矿救援机器人,建立井下巷道空间数据库,实现图形与属性信息双向查询;构建井下巷道的几何网络分析模型,实现巷道网络节点信息查询和机器人运行最佳路径分析;建立巷道三维可视化模型,实现井下巷道三维场景模拟,研究空间信息三维可视化管理和分析方法。文中依据当前我国煤矿生产的现状和技术水平,研究一种适用于煤矿井下救援机器人运行的GIS系统。以满足机器人定位与导航的需要,实现煤矿灾后科学救援,最大限度地减少人员伤亡和财产损失,从而提高我国煤矿安全事故的救援水平。     

基于自适应模糊神经网络的机器人路径规划方法

为了解决传统反应式导航中的复杂陷阱问题,优化导航控制,减少计算复杂度,提出了基于自适应模糊神经网络的机器人导航控制及改进型虚目标路径规划方法.首先根据移动机器人运动学模型,融合神经网络的自主学习功能与模糊控制的模糊推理能力,提出了基于自适应模糊神经网络的机器人导航控制器,将生成的Takagi-Sugeno型模糊推理系统作为机器人局部反应控制的参考模型.该自适应模糊神经网络控制器实时输出扰动角度,在线调整移动机器人的预瞄准方向,使移动机器人能够无碰撞趋向目标.然后,提出了一种改进型虚目标方法,优先选择机器人可能逃脱陷阱状态的路径,简化了设计难度,改变了虚目标切换方式,避免了大量复杂计算.实验结果表明,提出的方法可以帮助机器人在全局信息未知的复杂环境中导航,在趋近目标点的过程中能有效避障,无冗余路径产生,且轨迹平滑.     

Earthshaker: A mobile rescue robot for emergencies and disasters through teleoperation and autonomous navigation

To deal with emergencies and disasters without rescue workers being exposed to dangerous environments, this paper presents a mobile rescue robot, Earthshaker. As a combination of a tracked chassis and a six-degree-of-freedom robotic arm, as well as miscellaneous sensors and controllers, Earthshaker is capable of traversing diverse terrains and fulfilling dexterous manipulation. Specifically, Earthshaker has a unique swing arm—dozer blade structure that can help clear up cumbersome obstacles and stabilize the robot on stairs, a multimodal teleoperation system that can adapt to different transmission conditions, a depth camera-aided robotic arm and gripper that can realize semiautonomous manipulation and a LiDAR aided base that can achieve autonomous navigation in unknown areas. It was these special systems that supported Earthshaker to win the first Advanced Technology & Engineering Challenge (A-TEC) championships, standing out of 40 robots from the world and showing the efficacy of system integration and the advanced control philosophy behind it.     

基于机器视觉的目标跟随六足机器人

针对智能机器人控制领域的机器视觉中的目标跟踪问题与机器人运动控制方法研究,设计实现了一款基于机器视觉的目标跟随六足机器人,该系统的机器视觉目标跟踪算法为TLD(tracking-learning-detection)算法,采用stm32嵌入式处理器驱动32路舵机控制板控制机器人运动,并设计实现了一种小型自动火控装置用于锁定目标后的定位打击.该系统融合了六足机器人运动学和机器视觉目标跟踪技术,对六足机器人步态进行研究,根据目标视觉导航,精确锁定目标,对目标进行瞄准打击做出了详细的设计实现工作.     

基于视觉目标跟踪的侦察机器人导航方法

针对未知环境下侦察机器人的自主导航问题,提出了一种基于视觉目标跟踪的侦察机器人导航方法.首先利用二进制鲁棒独立元素特征(BRIEF)提取方法来检测和描述待跟踪视觉目标的局部不变特征点,在快速的特征匹配计算基础上提出由粗到精的目标定位两步法实现机器人导航过程中视觉目标的实时准确跟踪.其次对基于视觉目标跟踪的自主导航任务进行行为分解和实现,在行为中集成视觉目标跟踪算法.最后利用基于宏行为的机器人事务执行机制实现移向视觉目标的自主导航控制.实验结果表明,提出的方法能够使侦察机器人实时准确地跟踪视觉引导目标,在复杂障碍物环境下可靠地完成移向目标的自主导航任务.     

北斗导航辅助移动机器人同时定位和地图构建研究

针对未知环境下移动机器人实时构图和导航问题,将基于激光的环境特征提取和地图构建技术与北斗卫星导航相结合,设计了一种基于特征地图的移动机器人自主导航系统。利用激光提取环境信息,采用点和直线段进行环境表示,结合里程计进行定位,同时进行地图构建。然后在地图上关联北斗坐标,丰富地图信息,根据路径规划方法实现移动机器人自主导航。在Poineer3-AT机器人上实验表明:该方法能够快速提取直观的表示环境信息,并实现自主导航功能,有效提高了移动机器人导航能力。     

拱泥机器人避障运动分析及其系统仿真

路径规划问题是拱泥机器人研究中的一项关键技术。在概述拱泥机器人的基本构成,分析其规划策略的基础上,提出拱泥机器人避障运动控制器路径规划算法,并通过仿真实验得以验证,实现了局部规划与全局导航目标的有机结合。基于该规划策略及其算法,设计集数据接口、硬件接口、数学运算接口和图形化接口为一体的避障运动仿真系统。结果表明,该规划策略对拱泥机器人在未知泥土环境下实现动作稳定、轨迹平滑的避障运动具有良好的效果。     

变电站巡检机器人避障方法研究与应用

为提升变电站巡检机器人的导航避障能力,将深度学习技术应用于变电站场景识别中,提出了一种基于深度卷积神经网络的避障方法.该方法联合图像分类和语义分割两个分支来共同辅助机器人导航避障,分类分支通过获取图像全局信息,保证机器人正确行驶方向;而语义分割支路则根据图像局部信息以及机器人前方目标类别,指导机器人准确避障.实验结果表明,避障方法可以高效地对图像进行分类和分割,同时,在实际变电站环境中,该方法也能为巡检机器人提供有效的避障信息,实现实时自主避障.     

基于机器人操作系统的移动机器人激光导航系统

为了验证激光导航的先进性及机器人操作系统(robot operating system,ROS)的便捷性,进一步对机器人导航机理进行研究,提出了改进粒子滤波算法及改进A*路径规划,分别应用于地图构建和路径规划,并搭建了基于ROS平台的移动机器人导航试验平台,该平台具有低成本、高性能的特点。试验平台由上位机和移动机器人组成,上位机实现对机器人的控制,移动机器人配置有工控机和激光传感器,机器人通过激光传感器采集环境信息,为实现即时定位及地图构建功能提供数据支撑。研究并构建基于ROS的地图构建和自主导航功能包并通过实际环境进行试验验证。试验结果表明:构建功能包可用于机器人的激光导航中,该激光导航系统的可行且具有一定的稳定性与可靠性。     

移动机器人的嵌入式控制系统

基于ARM处理器和MEMS器件设计了移动焊接机器人控制和导航定位系统,给出了陀螺仪、加速度计外围电路和相应AD采集模块设计方法,以及捷联式惯性导航系统位置和姿态解算方法.仿真实验结果表明,该导航定位系统能正确给出移动焊接机器人的位置、姿态信息.