6-2 特种机器人课件讲解.pptx

未来科技颠峰未来科技颠峰AI特种机器人

特种机器人特种机器人是指应用于专业领域，辅助或代替人类从事高危环境和特殊工况的机器人。根据特种机器人所应用的主要行业和功能，可将特种机器人分为巡检机器人、消防机器人、救援机器人、排爆机器人、安防机器人、水下机器人、仿生机器人、军用机器人、空间机器人等。

救援机器人概述全球自然灾害与人为灾害频发，严重威胁着人类安全和社会稳定。在灾后遇难者中有相当一部分人是由于得不到及时救援而失去了生命。例如，在地震救援中，房屋倒塌和山体滑坡将会延误救援人员进入灾区的时间，导致救援不及时。在火灾救援中，救援环境温度高，氧气稀薄，易存在毒气甚至爆炸，严重威胁救援人员的生命。同时由于灾害区域或是灾难现场往往情况复杂且十分危险，不仅救援人员自身安全无法保障，而且也难以实施很多特殊救援工作，一些狭小空间，甚至连救援犬也无法进入。这时候，应用救援机器人实现危险区域的搜索探测、物资运输、伤员输送可有效提高救援、侦察效率，保障任务人员安全。对于救援机器人的使用也成为突发灾害事件应急处置的重要手段。

救援机器人技术分析1.移动方式救援机器人的移动方式影响着机器人的运动灵活性、运行平稳性和环境适应性。通过对救援机器人的介绍与分析可以看出，救援机器人的运动机构形式可分为轮履式、足式、复合式等多种形式。（1）履式在救援机器人的移动方式中，由于轮履式移动方式具有可靠性高、通用性强、技术成熟、控制简单、移动速度快等优点，广泛地应用于早期救援机器人中。随着轮履移动形式在救援任务中不断实践应用，也暴露出了其局限性，例如易随地面起伏产生颠簸等。

救援机器人技术分析（2）足式足式移动方式一般根据仿生原理，从形态和控制方式上贴近于生物步态。近年来，由于控制算法的不断创新，串联足式救援机器人与并联足式救援机器人得到了迅速发展。串联足式救援机器人相对并联足式救援机器人的发展与运用较早，相对轮履式救援机器人具有质量轻、行动灵活、环境适应性强等优点，如美国的“大狗”、“山猫”等，但其平衡、平稳性控制难度较高。同时由于串联机构的特点，机器人的单位体积负载能力相对较差，不能负载较大质量。并联足式救援机器人由于控制复杂，发展与应用相对较晚。近些年，随着控制算法的发展进步，并联足式救援机器人的控制相比之前已越发成熟。并联足式救援机器人在机械结构上具有承载能力强、结构紧凑、刚度高等众多优点，但由于并联机构的限制，其移动速度一直相对较低。因此，并联足式救援机器人多被用于对移动速度要求不高、工作平台平稳性强、负载能力强的救援任务中。0102

救援机器人技术分析（3）复合式复合式移动方式随着控制技术的发展而发展，早期的救援机器人由于受控制方法的限制多采用轮履式移动方式，而随着步态控制方法的发展，复合式移动方式被更多应用到救援机器人中。复合式移动救援机器人结合了轮履式、足式等移动方式的优点，可根据不同环境选择最优的移动方式。虽然对复合式移动救援机器人的控制更为复杂，但可以有效提高救援机器人的移动速度、环境适应性、行进平稳性等各方面指标。

救援机器人技术分析2.步态控制步态控制对于足式机器人顺利完成移动、避障、跨越等动作至关重要，以下主要介绍并分析3种移动机器人的控制方法。（1）零力矩点（zeromomentpoint,ZMP）控制法ZMP控制法是一种动态平衡控制方法，多用于双足机器人。这种方法虽然原理简单，但采集初始数据的过程比较复杂。在目前移动机器人的控制中，ZMP控制法主要用于辅助判断机器人的运动平衡、平稳性。

救援机器人技术分析（2）三分控制法三分控制法是以机器人的运动状态作为控制目标、基于弹簧倒立摆模型的控制算法。美国“大狗”四足机器人具有极强的运动灵活性与平衡、平稳性，其控制的基本思想就是基于三分控制法。虽然三分控制法是以平面简化模型为基础，但是这一基础可以推广到四足机器人的三维简化模型中。因此，三分控制法在四足机器人的步态控制中有着广泛应用。（3）智能仿生控制法随着智能仿生控制技术的兴起，基于中枢模式发生器（centralpatterngenerator,CPG）的步态规划法以序列二次规划、爬山、遗传等算法作为优化手段，通过模拟生物神经网络的方式实现对足式机器人的步态控制，该方法具有适应性强、耦合性好、结构简单等优点。因此，以CPG为代表的智能仿生控制是近年来发展起来的一种新的控制方法，目前被越来越多地应用到移动机器人的步态控制中。

救援机器人技术分析3.导航算法（1）基于地图导航基于地图的导航方法是在导航任务前，预先将完整的环境地图提供给导航系统，或在导航过程中利用机器人自身传感器实时在线构建环境模型的导航技术，主要通过人工势场法和智能规划算法实现：人工势场法是将障碍物信息反映在环境的每一点的势场值中，从而决定机器人的行进方向