● 摘要
地面移动侦察机器人在国防、反恐及公共安全领域都有十分重要的应用前景，是当前机器人领域的热点研究方向之一。在地面移动侦察机器人技术的研究中，侦察图像受移动载体姿态影响而导致的机器人自动图像识别跟踪系统目标丢失，是一个十分迫切需要解决的问题，因此开展地面移动侦察机器人自动图像识别方式的稳定跟踪系统研究与设计具有重要的理论意义和应用价值。本文结合国防基础研究项目“模块化机器人技术研究”，对地面移动侦察机器人的稳定跟踪系统进行了研究。1. 研制了移动底盘驱动控制系统和远程监控系统，制定了系统通信协调方案与流程。移动底盘驱动控制系统采用单片机设计了硬件和软件，研究了两侧差速式控制算法；在远程监控系统方面，研制了基于远程无线监控箱的远程图像监视、操作控制与通讯系统；系统通信协调方案与流程针对任务系统中的多个子系统进行通信协调。2. 为了解决机器人自动图像跟踪时受载体姿态影响而导致跟踪目标丢失的问题，提出采用平台式陀螺稳定跟踪的方法，来实现稳定跟踪（相对惯性空间，跟踪相应指令所示方向，不受载体姿态影响）；并对姿态影响来源及传递机理、陀螺稳定跟踪运动学原理、陀螺检测变换方法、稳定跟踪平台视轴与图像跟踪效果的影响关系进行了分析研究。3. 针对课题应用需求，研制了陀螺稳定跟踪系统平台，该平台机械系统由两轴框架式结构组成。本文对机械系统参数进行了优化设计；并设计了基于单片机的平台运动控制系统，开发了控制及通信软件。4. 针对陀螺稳定跟踪控制算法中的低速死区问题，将滑模变结构控制算法用于稳定控制中的摩擦补偿，形成双环稳定控制，并对其进行了仿真分析，仿真分析表明提高了稳定跟踪控制效果，可以较为有效地解决低速死区问题。5. 建立了图像自动识别跟踪实验平台，开展了图像自动识别跟踪的稳定跟踪实验，实验结果表明：本文研制的陀螺稳定跟踪平台，对于地面移动机器人实现自动图像识别跟踪，与提高图像自动识别跟踪的抗自身姿态干扰的能力，都有较大作用。