仿生感知機器人實驗平臺相關技術研究.pdf

1、仿生感知機器人研究是希望攻克仿生感知和控制關鍵技術，研制出微小型遙操作仿生感知空間機器人實驗演示系統(tǒng)。這種微型空間飛行器具有代價小、功效大的特點。而仿生感知機器人的關鍵技術是自主軟著陸系統(tǒng)。如何對機器人的速度及姿態(tài)進行精確控制，實現(xiàn)其能在指定區(qū)域內(nèi)的自主軟著陸功能是該項技術的關鍵環(huán)節(jié)之一。因此作為小型智能飛行機器人的一項預研工作，要在有限的條件下，通過合理配置集成多傳感器數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)，構建一種可用于空間飛行機器人的自主軟著陸系統(tǒng)的

2、模擬試驗平臺，是順利進行仿生感知機器人項目研究的前提和保證。 本文是在中國科學院合肥智能機械研究所重點創(chuàng)新基金項目--“仿生感知機器人”的資助下，選擇以模型直升機為飛行實驗平臺，通過運用機器人學、現(xiàn)代傳感器技術和智能控制技術，采用理論分析、仿真分析相結合的方法，對基于軟著陸任務的系統(tǒng)平臺的構建、模型參數(shù)辨識及相關的控制方法等關鍵技術進行了分析研究： 1、構建了基于模型直升機自主軟著陸系統(tǒng)平臺： 仿生感知機器人技術

3、的關鍵是自主軟著陸系統(tǒng)。如何在有限的條件下，順利開展針對仿生感知機器人的速度及姿態(tài)進行精確控制，實現(xiàn)其在指定區(qū)域內(nèi)的自主軟著陸功能，是仿生感知機器人技術研究所面臨的首要問題。本文在全面詳細的課題調(diào)研論證基礎上，選擇以無人直升機為飛行平臺，采用以MP2128為核心，配合基于軟著陸為目標任務所必需的傳感器、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和傳輸設備，而構建出的一個高效的軟硬件平臺。利用這個平臺，結合相應的控制軟件，可以對直升機的飛行數(shù)據(jù)和飛行狀態(tài)進行有效

4、處理，并根據(jù)控制要求，實時對直升機飛行狀況進行有效控制。 2、模型直升機數(shù)學模型參數(shù)辨識的分析研究： 模型直升機是一個多輸入多輸出、強耦合、非線性的時變系統(tǒng)。這些特點使得模型直升機的數(shù)學模型的建立十分困難。雖然從上個世紀開始，國內(nèi)外就有很多研究機構和大學進行無人駕駛直升機的研究和開發(fā)，但有關無人直升機動力學模型參數(shù)辨識的成果目前仍然十分有限。 本文首先對模型直升機的主旋翼、尾槳、機身、水平尾翼、垂直尾翼等各個組成

5、部件的空氣動力學模型進行了詳細的受力分析，建立了較為完整的直升機非線性動力學數(shù)學模型。在此非線性模型的基礎上，采取一些合理的假設，對此模型進行了進一步的簡化，得到一個通用的模型直升機線性化數(shù)學模型。然后，在分析比較多種常用的辨識算法的基礎上，根據(jù)模型直升機的特點，首次將子空間辨識方法引入模型直升機的數(shù)學模型參數(shù)辨識中，并利用MATLAB對模型直升機的垂直偏航耦合運動和全狀態(tài)運動的參數(shù)進行了辨識研究，得到了較為精確的辨識結果。仿真結果表明

6、，子空間辨識算法對模型直升機數(shù)學模型的參數(shù)辨識是有效的。 3、模型直升機偏航-垂直耦合運動自適應神經(jīng)網(wǎng)絡PID控制器研究： 模型直升機的模型結構和空氣動力學的復雜性給無人駕駛控制系統(tǒng)的設計帶來了極大的困難和挑戰(zhàn)。本文在比較分析了現(xiàn)有的多種控制技術和控制方法的基礎上，結合本研究的任務特點，對模型直升機軟著陸的關鍵環(huán)節(jié)之一的偏航-垂直耦合運動進行了分析，設計出基于自適應神經(jīng)網(wǎng)絡PID控制方法的模型直升機偏航-垂直耦合運動控制器，并通