【摘 要】
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灾害环境的探测和救援需求日趋迫切,研制机器人代替人或帮助人开展上述任务可大大提高作业效率,赢得宝贵的救援时间。灾害环境下的作业条件恶劣,机器人需要应对光线不足、通信效
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灾害环境的探测和救援需求日趋迫切,研制机器人代替人或帮助人开展上述任务可大大提高作业效率,赢得宝贵的救援时间。灾害环境下的作业条件恶劣,机器人需要应对光线不足、通信效果差、处置对象不确定等难题。基于此,本文以七自由度冗余机器人为对象,开展灾害环境下无线通信控制及目标识别方法的研究,开发了基于ROS(RobotOperatingSystem)的冗余机器人控制系统并开展实验验证。 针对灾害环境下机器人作业内容与环境特点,提出了一种带视觉的冗余机器人无线控制系统方案,实现了机器人运动控制器与操作臂之间的物理分离。该控制系统包括运动控制分系统、无线通信分系统和目标感知分系统。其中,运动控制分系统基于ROS开发,集成了冗余机器人的3D建模、运动规划、指令生成、动画仿真等功能,可满足任务执行前(仿真验证)、执行中(实时控制及监测)及执行后(后处理及任务复现分析)的不同需求;无线通信分系统建立了运动控制器与机器人各关节之间的通信链路;目标感知分系统对操作对象进行识别,提供位姿信息。 为减少电缆线的使用并提供可靠的通信,开发了基于WiFi的无线通信控制器,实现了运动控制分系统与机器人各关节之间的数据交互。该控制器从ROS通信节点中获取规划的运动数据,将其发送到相应关节,并从各个关节获取传感器数据上传到运动控制分系统。无线通信控制器采用STM32ZET6作为主控芯片,除可以实现WiFi无线通信外,还可以实现数据监控及应急中断控制功能。为满足不同的需要并考虑备份,该控制器还提供CAN有线通信接口。 针对灾害环境下的典型处置任务需求,提出了一种昏暗条件下阀门类目标识别及位姿测量方法,为冗余机器人开展作业任务提供环境感知信息。采用双目立体视觉获得目标图像信息,结合多帧图像进行增强,采用高斯滤波方法进行去噪处理,进一步地对图像进行边缘检测、特征提取,获得阀门圆周特征及直线特征,经过3D重构后获得阀门目标的几何尺寸与空间位姿。根据识别的信息可规划冗余机器人的运动轨迹。 最后进行系统集成并开展了实验研究,结果表明,所设计的控制系统人机交互友好方便,功能丰富,稳定性较好。
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