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与欧美发达国家相比,我国煤炭生产效率低且煤矿事故高发。为了减少救援人员伤亡和降低救援的风险,救援机器人已应用到煤矿方面进行救援,通过协助或替代救援人员进入灾区,对煤炭井下环境进行监测并寻找幸存者,以提高救援效率。矿山救援机器人机械手放置通信中继器,以实现更长距离的无线传输。在行进途中遇到障碍物,也可以借助机械手清除石块、杂物,继续前行。工作主要从以下几个方面展开:首先,对自主制作救援机械手运动学进行研究,建立矿山救援机器人机械手的D-H数学模型,并完成机械手正运动学以及逆运动的求解。利用MATLAB中Peter Corke开发的机器人工具箱,建立机械手的标准D-H运动学仿真数学模型,并通过输入相关函数分别对完成机械手位姿运动学正、逆解的仿真实验。仿真结果验为后续救援机械手运动规划提供了理论基础。对救援机械手的拉格朗日方程进行求解,计算出机械手的动力学的参数惯性矩阵、离心力和哥氏力系数矩阵及重力项矩阵。为下文的救援机械手控制建立了基础。其次,使用PID算法控制矿山救援机器人机械手。在此基础上,对模糊PID算法的模糊化、模糊规则、模糊推理等进行了详细设计,并用遗传算法优化模糊规则、隶属函数和PID参数。通过MATLAB仿真实现遗传优化模糊PID控制算法仿真设计,并对救援机械手遗传优化模糊PID算法和常规PID算法仿真结果做出比较。然后,传统人工势场法在局部轨迹规划存在目标不可达和局部极小值两大缺陷。对于局部极小值问题,通过目标的相对距离和附加控制力的方法对斥力势函数进行改进。还可以通过Navigation函数法扩大搜索范围,协助救援机械手逃离局部极小值的陷阱。针对这个问题对人工势场法做出改进。在MATLAB进行程序仿真,验证这两种改进人工势场法的可靠性和有效性。最后,对救援机器人机械手硬件系统和机械手的控制系统进行设计,完成设计后,对救援机器人机械手进行抓取目标物体实验,验证该机械手设计的可行性。此后,以救援机器人机械手重量轻关节转矩大为优化目标,以机械臂重量、电机和减速器重量及电机转矩为参数变量,采用ISIGHT的多目标优化算法对本文归结的救援机械手臂的设计优化问题进行优化,设计优化实验,求出救援机械手的最优解,并对解进行了一定的分析。图[51]表[13]参[61]