关节式移动机器人自主越障行为协调和基于行为的反应控制

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1、摘要关节式移动机器人自主越障行为协调和基于行为的反应控制l传统的遥控移动机器人或车主要是由操作员直接通过视觉或视频传输获得的信息，人工操作控制它tf]的运动，这样引导机器人对于操作员来说是一项十分艰难的任务。在危险的和人无法进入的场所进行必要的探测、检修、排爆或战场侦察等任务时，由于没有现场的模型，传统的声、光和图像传感器容易失效，操作员根本无法获得环境的可靠信息作出正确的判断控制机器人。而移动机器人遥控技术已经比较成熟，完全自主的控制还不成熟。因此，目前要使移动机器人走向实用，对于系统式移动机器人的系统结构和它的工作环境特点进行了深入的分析，对局部自主越障的相关问题进行了研

2、究，研究结果对于开发实用的移动机器人系统具有重要的意义。佃L器人实现自主运动首要的问题是能否正确可靠地感知环境和白身的状态。通过声、光和图像来感知环境的传感器对环境的要求十分苛刻，如光照度、表面形状h颜色和可视度等，而在机器人的作业现场，上述条件往往十分恶劣，本文针对21IAMCTB移动机器人和城区环境的特点，设计了一种接触式地形感知机构。它不受上述条件的影响，能在机器人到达之前可靠地探测到凸形地形，而且能够获得障碍的特征参数。厂关节式移动机器人在越障时姿态变化比较复杂，同样的姿态在不同的地形中对机器人的稳定性影响不一样。而在爬越斜度较大的斜坡或楼考虑机器人在不同地形中的不同

3、姿态和机器人的动态特性来判断机器人是否稳定，得出了机器人起动和制动控制的模型。这种方法能够保证机器人以较优的姿态稳定和安全地进行越障。／机器人在未知的环境中移动时，随时会遇到各种预料不到的事件，对这些事先没有预料的突发事件要求机器人具有快速反应的能力，能够迅速作出处理。传统的由下到上的基于行为的控制具有反应特性，但是它无法保证任务的完成；由上到下的协商的控制反应较慢，很难对突发上海交通大学博士学位论文事件实时反应。本文提出基于行为的反应任务执行体系结构综合行为、反应、传感器融合和协商的特点，无需系统和环境的精确建模，由任务引导行为，既保证了任务的执行，又能迅速处理突发事件。关

4、节式移动机器人是一个多运动体的复袈型体，为了完成一个任务会有多个行为同时被激活，出现行为冲突。体文采用目标导向的行为协调方法协调基于系统目标的行为，能够并行地执行几个动作；利用存储中间状态的对象模块作为推理和执行之间的接口，便于控制系统的复杂性，提高了机器人越障的快捷性和平稳性。／关节式移动机器人的任何一个运动主体和当前的环境状态发生变化都会影响整个机器人的稳定状态，采用行为模糊组合生成突现行为能够同时控制所有运动主体协调动作，保证机器人的越障稳定性和快速性。基于行为的反应控制和行为协调方法所构造的控制系统体系结构系统性和模块性强，不同的设计人员易于熟悉和了解，有利于系统的进

5、化和改进，不同嘲亍为进行模糊组合能够生成新的行为使机器人适应更为复杂的地形。}／最后构造了211AMCTB关节式穆动机器人自主越障控制系统，并针对几种典型的障碍进行了越障实验。f用几种不同的控制方法进行的跨越凸台障碍实验结果表明与三种控制方法：通过监视器遥控，现场操纵和基丁-多主体分层体系结构相比，基于行为的反应控制和行为协调控制方法的稳定性、快捷性和安全性最好，任务完成效果最满意。而且因为没有无效的动作，能耗最少，这一点对于用蓄电池供电的移动机器人来说是十分重要的。、＼。I，／，＼／、．／关键词：关节式移动机器人，自主越障，行劳协调，基于行为的反应任务执行体系结构，地形感知

6、机构／传感器—了广百AbstractBehaviorCoordinationandBehavior-BasedReactiveControIofAutonomousNegotiationforArticulatedMobileRobotABSTRACTTheconventionalTeleoperationMobileRobotwascontrolledbyoperatorobtainedtheinformationaboutrobotandenviormentdirectlythroughvisualsensororvedio．1tisverydi街cultforopera

7、torlikethisdirectingtherobotmotion．Whenexploring．examiningandrepairing，removingexplosiveorscoutingbattlefieldindangeriousandunaccessableworld，theoperatorcan’tacquirethereliablenessicarymessageofenviormentanddeterminehowtocontroItherobot，becausethereisnom