摘 要：文章分析了雙擺臂機(jī)器人克服越障機(jī)理，重點(diǎn)分析了機(jī)器人正向和反向攀越臺(tái)階的越障機(jī)理，并求出其最大越障能力，與實(shí)驗(yàn)室的實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比分析，推導(dǎo)出機(jī)器人的最佳越障性能及對(duì)應(yīng)的質(zhì)心和擺臂的位置，為機(jī)器人越障時(shí)質(zhì)心位置的控制提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人;產(chǎn)生式系統(tǒng);越障控制

目前國(guó)外機(jī)器人技術(shù)發(fā)展迅速且日益成熟，并已經(jīng)開始進(jìn)入實(shí)用化階段，其中以日本和美國(guó)為代表。日本研制蛇形機(jī)器人，能夠穿越狹窄空間，能夠在高低不平的廢墟上前進(jìn)，其頭部裝有一部攝像頭，身體各關(guān)節(jié)都裝有傳感器其中包括壓力傳感器，主要用于地震和恐怖襲擊后的探測(cè)和救援工作。由Remotec公司制造的V2煤礦救援機(jī)器人，高約113m，重約540kg，并進(jìn)行了整體防爆設(shè)計(jì)。安裝有導(dǎo)航和監(jiān)控?cái)z像機(jī)、照明設(shè)備、氣體傳感器和一個(gè)機(jī)械臂，具有夜視能力和兩路語音通訊功能?？稍?500m以外的安全位置遠(yuǎn)程遙控，使用光纖通訊傳送礦井環(huán)境信息，操縱者能夠看到實(shí)時(shí)視頻信息和易燃的有毒氣體的濃度。

1.國(guó)內(nèi)研究應(yīng)用情況

沈陽新松機(jī)器人自動(dòng)化有限公司歷經(jīng)3年時(shí)間研制成功的我國(guó)首臺(tái)具有生命探測(cè)功能的井下探測(cè)救援機(jī)器人“急先鋒”，機(jī)器人具有井下防爆抗水、生命探測(cè)和協(xié)助救援、環(huán)境監(jiān)測(cè)及環(huán)境參數(shù)實(shí)時(shí)探測(cè)、無光線搜救、數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸?shù)裙δ?，可以在第一時(shí)間到達(dá)井下事故現(xiàn)場(chǎng)，可代替搶險(xiǎn)救援人員搶先一步進(jìn)入500米范圍內(nèi)的事故現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行探測(cè)救援。機(jī)器人可將采集到的各種信息以圖像、聲音和數(shù)據(jù)形式傳送到主控制中心，為制定搶險(xiǎn)救災(zāi)方案、及時(shí)進(jìn)行搶險(xiǎn)救援提供重要依據(jù)和支持。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)可靠性工程與救災(zāi)機(jī)器人研究所于2006年成功研制了我國(guó)第1臺(tái)用于煤礦救援的CUMT-1型礦井搜救機(jī)器人，該機(jī)器人裝備有低照度攝像機(jī)、氣體傳感器和溫度計(jì)等設(shè)備。能夠探測(cè)災(zāi)害環(huán)境， 實(shí)時(shí)傳回災(zāi)區(qū)的瓦斯、CO、粉塵濃度和溫度以及高分辨現(xiàn)場(chǎng)圖像等信息; 具有雙向語音對(duì)講功能， 能夠使救災(zāi)指揮人員與受害者進(jìn)行快速聯(lián)絡(luò)， 指揮受傷人員選擇最佳的逃生路線; 具有無線網(wǎng)絡(luò)通訊功能; 同時(shí)還攜帶有食品、水、藥品、救護(hù)工具等救助物資，使受害者能夠積極開展自救。

2.雙履帶機(jī)器人的越障原理

機(jī)器人克服障礙，是指機(jī)器人利用其行走機(jī)構(gòu)驅(qū)使機(jī)器人移動(dòng)，使其質(zhì)心越過障礙的關(guān)鍵邊界線，在此過程中機(jī)器人不發(fā)生傾覆，不受障礙卡阻，能繼續(xù)保持機(jī)器人的穩(wěn)定姿態(tài)與移動(dòng)能力。對(duì)于履帶機(jī)器人，可將其攀越凸臺(tái)的過程分解為上臺(tái)階和下臺(tái)階的過程，將其攀爬連續(xù)臺(tái)階的過程根據(jù)其幾何構(gòu)形特征的尺寸簡(jiǎn)化為攀爬斜坡或依次攀爬臺(tái)階的情況。因此，只需著重分析機(jī)器人攀爬臺(tái)階、斜坡以及跨越溝道的越障運(yùn)動(dòng)機(jī)理。為了便于研究履帶機(jī)器人的越障機(jī)理，首先對(duì)固定雙履帶機(jī)器人的越障機(jī)理進(jìn)行研究。以后履帶輪軸心O1為原點(diǎn)、以O(shè)1 O2為X軸正向的坐標(biāo)系，設(shè)機(jī)器人履帶輪半徑為R（含履帶厚度），機(jī)器人寬度為b，機(jī)器人質(zhì)心的坐標(biāo)為G（l;h），且0lt;llt;l0（l0為O1 O2的長(zhǎng)度），hgt;-R。機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)攀越臺(tái)階，首先使履帶機(jī)構(gòu)前端搭靠在臺(tái)階的外角線上，當(dāng)履帶機(jī)構(gòu)前端跨越臺(tái)階的外角線后，隨著機(jī)器人攀爬，機(jī)器人的仰角增大，其質(zhì)心逐漸上升，會(huì)出現(xiàn)兩種結(jié)果：機(jī)器人質(zhì)心上升且跨過臺(tái)階外角線。這種情況下，機(jī)器人在自身重力的作用下，以臺(tái)階外角線為支線，向臺(tái)階上部平臺(tái)旋轉(zhuǎn)，最終落至臺(tái)階上部平臺(tái)，則攀越臺(tái)階成功。機(jī)器人的仰角增大，其質(zhì)心逐漸上升，但無法跨過臺(tái)階的外角線，機(jī)器人則無法跨上臺(tái)階，甚至可能反向翻轉(zhuǎn)，則攀越臺(tái)階失敗。

3.機(jī)器人越障控制技術(shù)

機(jī)器人在越障控制中采用了自主越障和手動(dòng)越障兩種方式，在手動(dòng)越障過程中，機(jī)器人由操作人員在地面端進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)越障過程。在自主越障過程中，機(jī)器人采用由傳感器信息、機(jī)器人約束信息、動(dòng)作反饋信息作為輸入，產(chǎn)生式系統(tǒng)作為動(dòng)作輸出的自主越障方式完成障礙物的跨越，下面主要以超高壓輸電線路巡檢機(jī)器人為例進(jìn)行分析。

3.1行走控制

在實(shí)際工作中，超高壓輸電線路巡檢機(jī)器人沿架空地線行走，由地面的操作人員給出控制指令決定機(jī)器人的行走速度，這就要求行走速度可隨操作人員指令動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。因此，在控制方法上采用速度控制的方式，這個(gè)過程是一個(gè)單輸入單輸出系統(tǒng)，通過采用PID控制能夠得到良好的控制效果，實(shí)現(xiàn)對(duì)速度的連續(xù)

調(diào)節(jié)。

3.2越障控制

在實(shí)際的架空地線上以及兩條架空地線之間存在著防震錘、線夾等障礙物。超高壓輸電線路巡檢機(jī)器人需要跨越的障礙物主要有2種類型。對(duì)于這樣的環(huán)境，機(jī)器人必須具有安全跨越這些障礙物的能力。根據(jù)巡檢機(jī)器人的實(shí)際工作環(huán)境和作業(yè)任務(wù)，超高壓輸電線路機(jī)器人工作中的安全可靠是首要的問題。本文在刺激響應(yīng)型機(jī)器人控制方法的基礎(chǔ)上采用了利用傳感器信息、實(shí)際物理和環(huán)境約束信息、機(jī)器人動(dòng)作反饋信息作為輸入，產(chǎn)生式系統(tǒng)作為輸出的控制方法。通常，在給定了條件后，我們把從現(xiàn)有信息到計(jì)算動(dòng)作的過程分為兩個(gè)階段：知覺處理階段和動(dòng)作計(jì)算階段.在知覺處理階段產(chǎn)生一個(gè)特征向量，在動(dòng)計(jì)算階段選擇一個(gè)以特征向量為基礎(chǔ)的動(dòng)作。對(duì)于超高壓輸電線路巡檢機(jī)器人，在知覺處理中要處理傳感器信息、約束信息以及動(dòng)作效果的反饋信息。通過將傳感器的信息以及上一動(dòng)作的影響效果與約束條件相結(jié)合進(jìn)行處理，就能夠得到一個(gè)用來表示環(huán)境或狀態(tài)的特征向量，通過特征向量函數(shù)來計(jì)算動(dòng)作。

4.結(jié)束語

機(jī)器人越障控制是機(jī)器人研制的關(guān)鍵技術(shù)之一，本文在描述了超高壓輸電線路巡檢機(jī)器人結(jié)構(gòu)以及控制系統(tǒng)之后，分析了機(jī)器人的工作環(huán)境和原理，針對(duì)機(jī)器人在架空地線上工作過程中的行走和越障過程，提出了自主越障控制方法。通過本文的研究，筆者在未來的工作中將對(duì)知覺處理中信息的融合問題以及特征向量的選取做進(jìn)一步研究，完善對(duì)巡檢機(jī)器人的越障控制。

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