機(jī)器人開題報(bào)告(含文獻(xiàn)綜述、外文翻譯)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告</b></p><p>　?。ê墨I(xiàn)綜述、外文翻譯）</p><p>　　題 目 全向移動(dòng)機(jī)器人底盤設(shè)計(jì) </p><p><b>　　開題報(bào)告</b></p><p>　　1. 選題的背景和意義</p><

2、p><b>　　1.1 選題的背景</b></p><p>　　機(jī)器人的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，幾乎滲透所有領(lǐng)域。進(jìn)入九十年代以來(lái)，人們廣泛開展了對(duì)服務(wù)機(jī)器人的研制和開發(fā)。各國(guó)尤其是西方發(fā)達(dá)國(guó)家正致力于研究、開發(fā)和廣泛應(yīng)用服務(wù)機(jī)器人。目前，在美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家，機(jī)器人已應(yīng)用于商場(chǎng)導(dǎo)購(gòu)、物品移送、家居服務(wù)、展廳保安和大面積清掃等多個(gè)服務(wù)領(lǐng)域。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，

3、將勢(shì)必會(huì)在各個(gè)領(lǐng)域廣泛、大量地應(yīng)用服務(wù)機(jī)器人。 </p><p>　　與普通工業(yè)機(jī)器人相比，服務(wù)機(jī)器人具有更大更靈活的工作空間，因此其往往是移動(dòng)機(jī)器人。 移動(dòng)機(jī)器人狹義上指的是地面可移動(dòng)機(jī)器人，是繼操作手和步行機(jī)之后機(jī)器人技術(shù)的一個(gè)新的研究目標(biāo)，也是進(jìn)一步擴(kuò)展機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的重要研究方向。移動(dòng)機(jī)器人目前主要包括軍事和民用服務(wù)兩大應(yīng)用領(lǐng)域。在民用服務(wù)領(lǐng)域，美國(guó)和日本處于遙遙領(lǐng)先的地位，機(jī)器人被廣泛應(yīng)用于車站清掃、大

4、面積割草、商場(chǎng)導(dǎo)游導(dǎo)購(gòu)、導(dǎo)盲和保安巡邏等各個(gè)方面。在我國(guó)的移動(dòng)服務(wù)機(jī)器人的研究和應(yīng)用還處于起步階段，上海大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)曾先后研制成功導(dǎo)購(gòu)機(jī)器人、導(dǎo)游機(jī)器人和清掃機(jī)器人。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷開展和人民生活水平的提高，廣泛應(yīng)用服務(wù)機(jī)器人必將成為趨勢(shì)。</p><p><b>　　1.2 選題意義</b></p><p>　　上述移動(dòng)服務(wù)機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)合決定了要求具

5、有能在狹窄、擁擠的場(chǎng)合靈活快捷地自由運(yùn)動(dòng)的性能，這也成為了機(jī)器人研究和設(shè)計(jì)的難點(diǎn)問(wèn)題。能在工作環(huán)境內(nèi)移動(dòng)和執(zhí)行功能是移動(dòng)服務(wù)機(jī)器人的兩大特點(diǎn)。因此，移動(dòng)機(jī)構(gòu)是組成移動(dòng)機(jī)器人的重要部分，它是保證機(jī)器人實(shí)現(xiàn)功能要求的關(guān)鍵，其設(shè)計(jì)的成功與否將直接影響機(jī)器人系統(tǒng)的性能。目前，移動(dòng)機(jī)構(gòu)開發(fā)的種類已相當(dāng)繁多，僅就平面移動(dòng)而言，移動(dòng)機(jī)構(gòu)就有車輪式、履帶式、腿足式等形式。各種移動(dòng)機(jī)構(gòu)可謂各有千秋，適應(yīng)了各種工作環(huán)境的不同要求。但車輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)顯得尤其突

6、出，與步行式移動(dòng)機(jī)構(gòu)相比，它的優(yōu)點(diǎn)很多:能高速穩(wěn)定地移動(dòng)、能源利用率高，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便、能借鑒至今已很成熟的汽車技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)等等，它的缺點(diǎn)是移動(dòng)場(chǎng)所限于平面。 但是，目前機(jī)器人工作的場(chǎng)所幾乎都是人工建造的平地，并且即使有臺(tái)階，只要以車輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)再附加幾個(gè)自由度便不難解決。因而，輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)在機(jī)器人技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用，目前已成為移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的最主要形式。 本課題將對(duì)全向移動(dòng)機(jī)器人底盤設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和研究。</p>

7、<p>　　2.設(shè)計(jì)內(nèi)容和關(guān)鍵問(wèn)題</p><p>　　2.1 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容</p><p>　　分析四個(gè)輪全方位輪組成的全向移動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)原理，建立了該全方位移動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)模型，提出了四輪協(xié)調(diào)的控制策略。進(jìn)行了輪廓參數(shù)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)制造裝配零部件，制作成可全方位移動(dòng)的機(jī)器人底盤。</p><p>　　2.2 擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題<

8、;/p><p>　　移動(dòng)服務(wù)機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)合決定了要求具有能在狹窄、擁擠的場(chǎng)合靈活快捷地自由運(yùn)動(dòng)的性能，這也成為了機(jī)器人研究和設(shè)計(jì)的難點(diǎn)問(wèn)題。 </p><p>　　能在工作環(huán)境內(nèi)移動(dòng)和執(zhí)行功能是移動(dòng)服務(wù)機(jī)器人的兩大特點(diǎn)。因此，移動(dòng)機(jī)構(gòu)是組成移動(dòng)機(jī)器人的重要部分，它是保證機(jī)器人實(shí)現(xiàn)功能要求的關(guān)鍵，其設(shè)計(jì)的成功與否將直接影響機(jī)器人系統(tǒng)。 </p><p>　　3.設(shè)計(jì)的方

9、法及措施</p><p><b>　　3.1方法及措施</b></p><p><b>　　3.1.1三輪機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　三輪移動(dòng)機(jī)構(gòu)具有一定的穩(wěn)定性，是輪式機(jī)器人的基本移動(dòng)機(jī)構(gòu)之一，在機(jī)器人領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，而且在實(shí)現(xiàn)方式上也呈現(xiàn)多樣化。</p><p>　　1）兩輪獨(dú)立驅(qū)

10、動(dòng)機(jī)構(gòu)</p><p>　　兩輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是最常用的一種驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。如圖（1），該機(jī)構(gòu)利用一個(gè)高精度驅(qū)動(dòng)輪和兩個(gè)隨機(jī)輪構(gòu)成。左右兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪由兩個(gè)電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)減速器獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，隨機(jī)輪置于機(jī)器人底盤的前方位置。機(jī)器人的行進(jìn)方向由兩輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的速度差值決定，通過(guò)對(duì)兩個(gè)電機(jī)施加不同的速度可實(shí)現(xiàn)任意方向的驅(qū)動(dòng)，因此屬于差分驅(qū)動(dòng)方式。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)靈活，機(jī)構(gòu)組成簡(jiǎn)單；當(dāng)兩輪轉(zhuǎn)速大小相等方向相反時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人本體的靈半徑

11、回轉(zhuǎn)。該機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)是對(duì)伺服系統(tǒng)的要求較高，如進(jìn)行嚴(yán)格的直線運(yùn)動(dòng)則需保證左右兩個(gè)輪子的旋轉(zhuǎn)速度完全一樣，且在加減速時(shí)的動(dòng)態(tài)特性也應(yīng)完全一致，這就要求伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)要求有足夠的精度和優(yōu)異的動(dòng)態(tài)特性，從而會(huì)導(dǎo)致機(jī)器人底盤的成本增加。</p><p>　　2）前輪驅(qū)動(dòng)前輪導(dǎo)向機(jī)構(gòu)</p><p>　　如圖（2），該機(jī)構(gòu)中的前輪既是驅(qū)動(dòng)輪又是導(dǎo)向輪（操舵輪），采用兩個(gè)電機(jī)分別控制：導(dǎo)向電機(jī)控制前輪的轉(zhuǎn)

12、向角度，驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制前輪的旋轉(zhuǎn)速度。因此，通過(guò)對(duì)前輪的這兩個(gè)自由度進(jìn)行復(fù)合控制，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人本體的運(yùn)行速度和運(yùn)行方向的控制。兩個(gè)被動(dòng)后輪沒(méi)有電機(jī)控制，完全是隨機(jī)輪。該種移動(dòng)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是控制比較方便，能耗低，對(duì)于伺服系統(tǒng)和制造裝備精度要求不高，而且旋轉(zhuǎn)半徑可以從0到無(wú)窮大連續(xù)變化；缺點(diǎn)是由于導(dǎo)向和驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)器均集中在前輪部分，復(fù)合運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜，而且車體本身的運(yùn)動(dòng)并不十分靈活。</p><p>　　3）后

13、輪差動(dòng)減速器驅(qū)動(dòng)前輪導(dǎo)向機(jī)構(gòu)</p><p>　　該種機(jī)構(gòu)如圖（3），導(dǎo)向控制電機(jī)通過(guò)減速器控制導(dǎo)向前輪，決定了機(jī)器人本體的運(yùn)動(dòng)方向。驅(qū)動(dòng)輪同驅(qū)動(dòng)控制電機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)齒輪箱體連接，在箱體內(nèi)安裝有全部傳動(dòng)系統(tǒng)的減速齒輪、差動(dòng)器等傳動(dòng)零件，通過(guò)箱體兩端的半軸帶動(dòng)左、右驅(qū)動(dòng)輪運(yùn)動(dòng)。差速器的作用是在進(jìn)行轉(zhuǎn)彎操作是為左、右兩輪分配不同的旋轉(zhuǎn)速度。這種移動(dòng)機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以利用一些通用的傳動(dòng)系統(tǒng)零部件，傳動(dòng)效率較高，制造成本較低

14、；但在傳動(dòng)模式上仍是機(jī)械傳動(dòng)模式，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，體積較大，質(zhì)量也比較大，同時(shí)運(yùn)動(dòng)不靈活，不能實(shí)現(xiàn)機(jī)器人本體的小半徑回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　4）兩后輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)前輪導(dǎo)向機(jī)構(gòu)</p><p>　　由圖（4）可以看出，該機(jī)構(gòu)同后輪差速器驅(qū)動(dòng)前輪導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在原理上具有相似之處，不同之處在于利用兩個(gè)獨(dú)立伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)取代了差速器裝置，用以分別控制左、右驅(qū)動(dòng)輪。該機(jī)構(gòu)在控制上需要按照機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型

15、把移動(dòng)平臺(tái)的整體運(yùn)動(dòng)分解為對(duì)三個(gè)電機(jī)的控制命令，然后控制導(dǎo)向輪的轉(zhuǎn)動(dòng)和兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的差動(dòng)實(shí)現(xiàn)本體運(yùn)動(dòng)。同后輪差動(dòng)器驅(qū)動(dòng)前輪導(dǎo)向機(jī)構(gòu)相比，該機(jī)構(gòu)采用純粹的電氣傳動(dòng)模式，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，體積和質(zhì)量能夠得到很好的控制，且方向控制精度更高，運(yùn)動(dòng)更為靈活；缺點(diǎn)是需要對(duì)三輪進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，同步性要求較高，且自轉(zhuǎn)時(shí)的本體方向定位精度較低。</p><p>　　5）三輪全驅(qū)動(dòng)全導(dǎo)向機(jī)構(gòu)</p><p>　　三輪

16、全驅(qū)動(dòng)全導(dǎo)向機(jī)構(gòu)屬于同步驅(qū)動(dòng)的裝置方式。如圖（5）所示，在該機(jī)構(gòu)中，三個(gè)輪子成120°放置，用齒輪或者鏈條將輪子同分別用以進(jìn)行方向控制和驅(qū)動(dòng)的電機(jī)相連。每個(gè)輪子都可獨(dú)立地進(jìn)行轉(zhuǎn)向控制和速度控制，因此在結(jié)構(gòu)和原理上類似于前輪驅(qū)動(dòng)前輪導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的前輪。當(dāng)三個(gè)輪子保持初始位置以相同的速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，及其本體做原地零半徑旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；當(dāng)三個(gè)輪子導(dǎo)向角度相同并以相同速度驅(qū)動(dòng)時(shí)，本體按照該導(dǎo)向角方向做直線運(yùn)動(dòng)。施加適當(dāng)?shù)目刂疲迷摍C(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的機(jī)器人

17、本體能夠按照任意指定的軌跡運(yùn)動(dòng)，具有很高的運(yùn)動(dòng)靈活性。但是該機(jī)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，完成每個(gè)動(dòng)作都需要對(duì)6個(gè)伺服電機(jī)進(jìn)行合理控制，且對(duì)于方向和驅(qū)動(dòng)控制精度有較高要求，因此控制難度較大。</p><p><b>　　3.1.2四輪機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　四輪機(jī)構(gòu)在驅(qū)動(dòng)方式上和結(jié)構(gòu)上類似于三輪機(jī)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)輪和負(fù)載能力更強(qiáng)，具有較高的地面適應(yīng)能力和穩(wěn)定性。同

18、三輪機(jī)構(gòu)相比，四輪機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)在于其回轉(zhuǎn)半徑較大，轉(zhuǎn)向不靈活。常見(jiàn)的幾種四輪移動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖所示</p><p>　　1）兩輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)</p><p>　　如圖（6）所示，四輪機(jī)器人中的兩輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和三輪機(jī)器人中的兩輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在工作原理上完全相同，兩者之間唯一的差別在于前者多用了一個(gè)隨機(jī)輪，以增加平臺(tái)的穩(wěn)定性和伏在承受能力。</p><p>　　2)四輪全驅(qū)動(dòng)

19、全導(dǎo)向機(jī)構(gòu)</p><p>　　如圖（7）所示，該種移動(dòng)機(jī)構(gòu)同三輪機(jī)器人中的三輪全驅(qū)動(dòng)全導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在工作原理上完全相同。由于增加了一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，使得平臺(tái)的地面適應(yīng)能力、負(fù)載能力以及平穩(wěn)性都得到提高。然而，該種機(jī)構(gòu)的控制自由度變得更高，并且由于在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中要求各個(gè)獨(dú)立的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)相互協(xié)調(diào)，保持一定的相互關(guān)系，因此控制算法更為復(fù)雜。此外，更多的活動(dòng)機(jī)構(gòu)和過(guò)多的控制關(guān)節(jié)使系統(tǒng)復(fù)雜度升高、可靠性降低。</p>&

20、lt;p><b>　　3)四輪全驅(qū)機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　四輪全驅(qū)機(jī)構(gòu)如圖（8）所示。同四輪全驅(qū)全導(dǎo)向機(jī)構(gòu)相比，二者的四輪布局完全相同，差別之處在于：每個(gè)輪子均沒(méi)有轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，只能進(jìn)行前后方向上的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。機(jī)器人平臺(tái)只能通過(guò)滑動(dòng)轉(zhuǎn)向方式進(jìn)行方向控制，即完全靠?jī)蓚?cè)驅(qū)動(dòng)輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的速度差使車輪產(chǎn)生側(cè)向滑動(dòng)來(lái)完成轉(zhuǎn)向操作。因此，這種機(jī)構(gòu)的致命缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)向損耗較大。該機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是可以

21、實(shí)現(xiàn)不同半徑甚至原地零半徑的轉(zhuǎn)向，可以滿足崎嶇地形移動(dòng)機(jī)器人的的性能要求。此外，由于沒(méi)有活動(dòng)連接，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，以最簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)達(dá)到了很高的機(jī)動(dòng)性。</p><p>　　4)兩輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)</p><p>　　如圖（9）所示，該移動(dòng)機(jī)構(gòu)的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)后輪分別利用獨(dú)立地伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人本體的運(yùn)動(dòng)速度控制。其優(yōu)點(diǎn)在于：前端兩個(gè)導(dǎo)向輪采用類似于汽車那樣的艾克曼轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)相連接，利用

22、一個(gè)轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人本體的方向控制。艾克曼轉(zhuǎn)向時(shí)目前地面車輛最通用的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，兩個(gè)轉(zhuǎn)向輪之間通過(guò)四連桿機(jī)構(gòu)連接并確定轉(zhuǎn)向角之間的相互關(guān)系，可以使轉(zhuǎn)向輪得到基本滿意的朝向。艾克曼通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)確定轉(zhuǎn)向輪之間的角度約束關(guān)系，整個(gè)機(jī)構(gòu)只有一個(gè)自由度，因而控制簡(jiǎn)單、可靠。艾克曼轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)技術(shù)成熟，在性能和可靠性之間得到較好的均衡。但是采用艾克曼轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的車輛轉(zhuǎn)彎半徑較大，給機(jī)器人的控制和路線規(guī)劃帶來(lái)較大難度。</p><p

23、>　　5）兩輪差速器驅(qū)動(dòng)汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)</p><p>　　如圖（10）所示，該種機(jī)構(gòu)也采用艾克曼轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方向控制，而后面兩個(gè)驅(qū)動(dòng)則采用單伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)差速器的方式實(shí)現(xiàn)。同圖（d）所示機(jī)構(gòu)相比，這種機(jī)構(gòu)只利用兩個(gè)電機(jī)就能實(shí)現(xiàn)四輪機(jī)器人的的速度和方向控制，控制更為簡(jiǎn)單，可靠性更高；但是由于轉(zhuǎn)向輪角度約束與驅(qū)動(dòng)輪速度差分制均采用機(jī)械方式實(shí)現(xiàn)，因此機(jī)械結(jié)構(gòu)也變得更為復(fù)雜，據(jù)此實(shí)現(xiàn)的機(jī)器人平臺(tái)往往體積更

24、大，質(zhì)量也更大。</p><p>　　綜上所述，從體積質(zhì)量，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)精確度，成本，運(yùn)動(dòng)靈活性，能否實(shí)現(xiàn)小半徑回轉(zhuǎn)，穩(wěn)定度，控制簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單角度總觀：</p><p>　　三輪機(jī)構(gòu)中選用兩輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，四輪機(jī)構(gòu)中選用兩輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。</p><p>　　但是四輪機(jī)構(gòu)比三輪機(jī)構(gòu)多用了一個(gè)隨機(jī)輪，增加了平臺(tái)的穩(wěn)定性和伏在承受能力。所以最終選用四輪機(jī)構(gòu)中的兩輪獨(dú)立

25、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)</p><p><b>　　3.2 可行性分析</b></p><p>　　四輪機(jī)構(gòu)其優(yōu)點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)輪和負(fù)載能力更強(qiáng)，具有較高的地面適應(yīng)能力和穩(wěn)定性。</p><p>　　兩輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是最常用的一種驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)利用一個(gè)高精度驅(qū)動(dòng)輪和兩個(gè)隨機(jī)輪構(gòu)成。左右兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪由兩個(gè)電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)減速器獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，隨機(jī)輪置于機(jī)器人底盤的前方位置。機(jī)器人

26、的行進(jìn)方向由兩輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的速度差值決定，通過(guò)對(duì)兩個(gè)電機(jī)施加不同的速度可實(shí)現(xiàn)任意方向的驅(qū)動(dòng)，因此可以實(shí)現(xiàn)全向移動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)靈活，機(jī)構(gòu)組成簡(jiǎn)單；當(dāng)兩輪轉(zhuǎn)速大小相等方向相反時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人本體的靈半徑回轉(zhuǎn)。</p><p><b>　　4．預(yù)期設(shè)計(jì)成果</b></p><p>　　依照設(shè)計(jì)任務(wù)書要求，設(shè)計(jì)完成時(shí)將產(chǎn)生如下成果：</p><p

27、>　　1.設(shè)計(jì)底盤全向移動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，并繪制零件圖與裝配圖；</p><p>　　2.設(shè)計(jì)底盤輔助輪機(jī)構(gòu)，并繪制零件圖與裝配圖；</p><p>　　3.設(shè)計(jì)底盤全向運(yùn)動(dòng)整體機(jī)構(gòu)，并繪制零件圖與裝配圖；</p><p>　　4.對(duì)底盤做運(yùn)動(dòng)仿真分析，并對(duì)主要受力部件進(jìn)行有限元分析；</p><p>　　5.撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書；<

28、;/p><p><b>　　基本要求：</b></p><p>　　結(jié)構(gòu)布局合理、可行，傳動(dòng)順暢、高效。能承載200Kg重量，能實(shí)現(xiàn)全向運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　5．設(shè)計(jì)工作進(jìn)度計(jì)劃</p><p>　　本畢業(yè)設(shè)計(jì)的階段劃分與進(jìn)度安排如下：</p><p><b>　　第7學(xué)期 </

29、b></p><p>　　第 7 周—第 12 周 收集資料，撰寫開題報(bào)告、文獻(xiàn)綜述、外文翻譯。</p><p>　　第 13 周—第 13 周 修改、打印、上交開題報(bào)告、文獻(xiàn)綜述、外文翻 譯。</p><p>　　第 14 周—第 15 周 設(shè)計(jì)全向移動(dòng)機(jī)器人底盤驅(qū)動(dòng)輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。</p><p>　　第 16 周—第 16 周 前期

30、檢查。</p><p>　　第 17 周—第 18 周 設(shè)計(jì)全向移動(dòng)底盤驅(qū)動(dòng)輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，并繪制與裝配圖。</p><p><b>　　第8學(xué)期 </b></p><p>　　第 1 周—第 1 周 設(shè)計(jì)底盤輔助輪機(jī)構(gòu)，并繪制零件圖與裝配圖。</p><p>　　第 2 周—第 3 周 設(shè)計(jì)全向移動(dòng)底盤整體機(jī)構(gòu)，并

31、繪制零件圖與裝配圖。</p><p>　　第 4 周—第5 周 對(duì)底盤做運(yùn)動(dòng)仿真，并對(duì)主要受力部件進(jìn)行有限元分析。</p><p>　　第 6 周—第6 周 撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書。中期檢查。</p><p>　　第 7 周—第 7 周 撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書。</p><p>　　第 8 周—第 8 周 審查。 </p&g

32、t;<p>　　第 9 周—第 9 周 準(zhǔn)備答辯材料，答辯。</p><p><b>　　移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì) </b></p><p><b>　　1.國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</b></p><p>　　1.1國(guó)外研究現(xiàn)狀 </p><p>　　(1)室外幾種典型應(yīng)用移動(dòng)機(jī)器人</p&

33、gt;<p>　　美國(guó)國(guó)家科學(xué)委員會(huì)曾預(yù)言:“20 世紀(jì)的核心武器是坦克,21 世紀(jì)的核心武器是無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng),其中2000 年以后遙控地面無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)將連續(xù)裝備部隊(duì),并走向戰(zhàn)場(chǎng)”。為此,從80 年代開始,美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA) 專門立項(xiàng),制定了地面天人作戰(zhàn)平臺(tái)的戰(zhàn)略計(jì)劃。從此,在全世界掀開了全面研究室外移動(dòng)機(jī)器人的序幕,如DARPA的“戰(zhàn)略計(jì)算機(jī)”計(jì)劃中的自主地面車輛(ALV) 計(jì)劃(1983 —1990)

34、,能源部制訂的為期10 年的機(jī)器人和智能系統(tǒng)計(jì)劃(RIPS) (1986 —1995) ,以及后來(lái)的空間機(jī)器人計(jì)劃;日本通產(chǎn)省組織的極限環(huán)境下作業(yè)的機(jī)器人計(jì)劃;歐洲尤里卡中的機(jī)器人計(jì)劃等。</p><p>　　初期的研究,主要從學(xué)術(shù)角度研究室外機(jī)器人的體系結(jié)構(gòu)和信息處理,并建立實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證。雖然由于80 年代對(duì)機(jī)器人的智能行為期望過(guò)高,導(dǎo)致室外機(jī)器人的研究未達(dá)到預(yù)期的效果,但卻帶動(dòng)了相關(guān)技術(shù)的發(fā)展,為探討人類

35、研制智能機(jī)器人的途徑積累了經(jīng)驗(yàn),同時(shí),也推動(dòng)了其它國(guó)家對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的研究與開發(fā)。進(jìn)入90 年代,隨著技術(shù)的進(jìn)步,移動(dòng)機(jī)器人開始在更現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)上,開拓各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域,向?qū)嵱没M(jìn)軍。</p><p>　　由美國(guó)NASA資助研制的“丹蒂II”八足行走機(jī)器人,是一個(gè)能提供對(duì)高移動(dòng)性機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的了解和遠(yuǎn)程機(jī)器人探險(xiǎn)的行走機(jī)器人。它與其他機(jī)器人,NavLab ,不同之處是它于1994 年在斯珀火山的火山口中進(jìn)行了成功的演示,雖

36、然在返回時(shí),在一陡峭的、泥濘的路上,失去了穩(wěn)定性,倒向了一邊,但作為指定的探險(xiǎn)任務(wù)早己完成。其它機(jī)器人在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,都需要人參與或支持。丹蒂計(jì)劃的主要目標(biāo)是為實(shí)現(xiàn)在充滿碎片的月球或其它星球的表面進(jìn)行探索而提供一種機(jī)器人解決方案。</p><p>　　美國(guó)NASA研制的火星探測(cè)機(jī)器人索杰那于1997年登上火星,這一事件向全世界進(jìn)行了報(bào)道。為了在火星上進(jìn)行長(zhǎng)距離探險(xiǎn),又開始了新一代樣機(jī)的研制,命名為Rocky7

37、, 并在Lavic 湖的巖溶流上和干枯的湖床上進(jìn)行了成功的實(shí)驗(yàn)。</p><p>　　德國(guó)研制了一種輪椅機(jī)器人, 并在烏爾姆市中心車站的客流高峰期的環(huán)境和1998 年漢諾威工業(yè)商品博覽會(huì)的展覽大廳環(huán)境中進(jìn)行了實(shí)地現(xiàn)場(chǎng)表演。該輪椅機(jī)器人在公共場(chǎng)所擁擠的、有大量乘客的環(huán)境中,進(jìn)行了超過(guò)36 個(gè)小時(shí)的考驗(yàn),所表現(xiàn)出的性能是其它現(xiàn)存的輪椅機(jī)器人或移動(dòng)機(jī)器人所不可比的。這種輪椅機(jī)器人是在一個(gè)商業(yè)輪椅的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。<

38、/p><p>　　國(guó)外還研制了一種獨(dú)輪機(jī)器人,它與具有靜態(tài)穩(wěn)定性的多輪移動(dòng)機(jī)器人相比,具有很好的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性,對(duì)姿態(tài)干擾的不敏感性,高可操作性,低的滾動(dòng)阻力,跌倒的恢復(fù)能力和水陸兩用性。這是運(yùn)動(dòng)性的一種新概念。</p><p>　　(2)高完整性機(jī)器人</p><p>　　沒(méi)有一個(gè)系統(tǒng)可以做到100%可靠。一個(gè)可靠機(jī)器人是指它一直正常地工作。一個(gè)高完整性機(jī)器人則時(shí)刻監(jiān)視自

39、己的行為,一旦發(fā)現(xiàn)異常,立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)。因此,一個(gè)高完整性機(jī)器人并不一定要連續(xù)工作,但工作時(shí),一定是正確的。</p><p>　　(3)遙控移動(dòng)機(jī)器人</p><p>　　對(duì)機(jī)器自主性的挑戰(zhàn)來(lái)自要求完成的任務(wù)和高度非結(jié)構(gòu)化和變化的環(huán)境。在大多數(shù)室外環(huán)境中,要求機(jī)器完全自主地完成任務(wù),目前還有一定的困難。遠(yuǎn)程操作的半自主機(jī)器人,毫無(wú)疑問(wèn),是一個(gè)發(fā)展方向。因此先進(jìn)的遠(yuǎn)程操作技術(shù)是將來(lái)必需的。完全

40、遙現(xiàn)是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作一個(gè)或幾個(gè)移動(dòng)機(jī)器人的最佳可能方案,但太貴。研制一套適于遠(yuǎn)程操作的、使用起來(lái)既自然又容易的人機(jī)交互方案是必需的。在未知和變化的環(huán)境中,頭部跟蹤系統(tǒng)有幫助,且是可行的。。</p><p>　　(4)環(huán)境與移動(dòng)機(jī)器人集成</p><p>　　H.Ishiguro 通過(guò)對(duì)以前機(jī)器人研究工作的回顧,發(fā)現(xiàn)過(guò)去智能機(jī)器人的工作主要集中在自主性上。因此,他提出了一個(gè)新概念:感知信息基礎(chǔ)

41、設(shè)施。就象人需要道路、交通信號(hào)燈等一樣,機(jī)器人為了在一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的環(huán)境中行動(dòng),也同樣需要基礎(chǔ)設(shè)施。作者將一個(gè)用于導(dǎo)航移動(dòng)機(jī)器人的分布式視覺(jué)系統(tǒng)作為例子,進(jìn)行了解釋和說(shuō)明。實(shí)驗(yàn)在一個(gè)縮小了1/ 12 的城鎮(zhèn)模型中進(jìn)行,內(nèi)有陰影,樹的結(jié)構(gòu),草地和房屋,足夠代表室外環(huán)境的真實(shí)情況,并安裝了用于機(jī)器人導(dǎo)航用的16 個(gè)攝像機(jī)智能體,實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)機(jī)器人與環(huán)境的融合。</p><p>　　(5)生態(tài)機(jī)器人學(xué)(生物機(jī)器人學(xué))<

42、;/p><p>　　生態(tài)機(jī)器入學(xué)就是把生態(tài)學(xué)的原理應(yīng)用到移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)中去的實(shí)踐。目前所用到的原理,現(xiàn)簡(jiǎn)述如下:</p><p>　　◆由于機(jī)器人和環(huán)境的不可分離性,因此應(yīng)將其作為一個(gè)整體來(lái)看待。</p><p>　　◆機(jī)器人的行為是由這個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)創(chuàng)現(xiàn)出來(lái)的。</p><p>　　◆基于感知和行為的直接關(guān)系,為了達(dá)到系統(tǒng)的一個(gè)期望狀態(tài),機(jī)器人

43、的任務(wù)就是將已有的信息映射到受其管理的控制參數(shù)上。</p><p>　　◆環(huán)境提供足夠的信息以使產(chǎn)生自適應(yīng)行為成為可能。</p><p>　　◆因?yàn)闄C(jī)器人在環(huán)境中,因此環(huán)境不必在機(jī)器人之中。也就是說(shuō),無(wú)需一個(gè)中心模型,但要留出空間用于具體任務(wù)記憶和學(xué)習(xí)。</p><p><b>　　(6)多機(jī)器人系統(tǒng)</b></p><p&

44、gt;　　美國(guó)DARPA的戰(zhàn)術(shù)移動(dòng)機(jī)器人計(jì)劃,是一個(gè)4 年研究計(jì)劃,于1998 年開始。分兩階段進(jìn)行:技術(shù)開發(fā)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。技術(shù)開發(fā)包括三個(gè)方面:機(jī)器感知、半自主操作和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。目的是研究和開發(fā)由許多小的、低價(jià)的、半自主的移動(dòng)機(jī)器人組成的機(jī)器人團(tuán)隊(duì)的協(xié)調(diào)與控制技術(shù)并將其應(yīng)用于戰(zhàn)略重要情況。如正在發(fā)生軍事沖突的市區(qū)的偵察任務(wù),在這種情況下,市區(qū)中人口稠密,建筑物多,涉及的人員分布在其里里外外、上上下下,從而使作戰(zhàn)部隊(duì)處于危險(xiǎn)和不可預(yù)測(cè)的境

45、地。因此,本項(xiàng)目的一個(gè)長(zhǎng)期目標(biāo),就是在發(fā)生戰(zhàn)斗的條件下,使用機(jī)器人團(tuán)隊(duì),在現(xiàn)場(chǎng)的內(nèi)外,為部隊(duì)提供支持。附帶的另一個(gè)長(zhǎng)期目標(biāo)是建立和發(fā)展一個(gè)自制的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ),以迎接將來(lái)國(guó)防對(duì)軍用機(jī)器人的需求。</p><p>　　美國(guó)的MDARS 項(xiàng)目是在著名的保安機(jī)器人RO2BART的基礎(chǔ)上建立的一個(gè)多移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái),用來(lái)在指定地點(diǎn)執(zhí)行隨機(jī)巡邏任務(wù)。第一期任務(wù)是用于國(guó)防部倉(cāng)庫(kù)和儲(chǔ)蓄場(chǎng)自動(dòng)化闖入探測(cè)和庫(kù)存量的查定。關(guān)于第一期任務(wù)

46、,在經(jīng)歷了實(shí)驗(yàn)室到模擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地之后,已經(jīng)在一個(gè)作戰(zhàn)用的真實(shí)倉(cāng)庫(kù)環(huán)境內(nèi),進(jìn)行了成功的演示。第二期任務(wù)主要強(qiáng)調(diào)在國(guó)防部的室外倉(cāng)儲(chǔ)地的應(yīng)用。美國(guó)的FETCH計(jì)劃是在BUGS 計(jì)劃的基礎(chǔ)上,研究使用一群小的、堅(jiān)固的自主移動(dòng)機(jī)器人去清除地表上的未爆炸的M42 炮彈。首先建立一個(gè)實(shí)驗(yàn)床,由四個(gè)機(jī)器人和一個(gè)陪同的操作員控制單元組成,研究如何確定任務(wù)要求和一個(gè)有效的機(jī)器人解決方案的參數(shù)。在這些參數(shù)中,要考慮自主與半自主機(jī)器人控制的比較,用于定彈藥位置的

47、隨機(jī)與直接搜索策略的比較,整個(gè)場(chǎng)地與有限移動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的比較。決定性的因子來(lái)自于任務(wù)的進(jìn)一步細(xì)化和實(shí)際的性能。整個(gè)計(jì)劃的最終目標(biāo)是用一到兩個(gè)得到基本訓(xùn)練的爆炸物處理專家,監(jiān)控多達(dá)50 個(gè)機(jī)器人,在一個(gè)足球場(chǎng)大小的現(xiàn)場(chǎng)上,并行地工作,清除軍用品。任務(wù)完成的標(biāo)志是,在有限的時(shí)間內(nèi),搜集盡可能多的手榴彈。對(duì)機(jī)器人的要求:一是小且輕,以便搬運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng),能在鋪滿自然障礙</p><p>　　機(jī)器人正在從工廠的結(jié)構(gòu)化環(huán)境進(jìn)入人們

48、每天的生活環(huán)境———醫(yī)院、辦公室、家庭、建筑工地和其它雜亂及不可控環(huán)境。要求機(jī)器人不僅能自主完成工作,</p><p>　　而且能與人共同協(xié)作完成任務(wù)或在人的指導(dǎo)下完成任務(wù)。這就需要機(jī)器人具有下述能力:移動(dòng)和操作集成于一體的能力,在多機(jī)器人之間的協(xié)作能力,與人的交互能力和無(wú)碰路徑的實(shí)時(shí)修改能力。Khatib 等討論了這個(gè)問(wèn)題,并給出了有關(guān)的模型、策略和算法的開發(fā),并在斯坦福大學(xué)的兩個(gè)完整性移動(dòng)平臺(tái)上進(jìn)行了演示。&

49、lt;/p><p>　　自從1996 年成功地舉行了第一次世界機(jī)器人足球賽以來(lái),現(xiàn)在,一年一度的世界機(jī)器人足球賽已經(jīng)吸引了越來(lái)越多的團(tuán)體參加,極大地推進(jìn)了多移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的研究,成為研究和驗(yàn)證人工智能成果的實(shí)驗(yàn)床。</p><p>　　關(guān)于多移動(dòng)機(jī)器人的一些新的提法,如認(rèn)知機(jī)器人學(xué)、生態(tài)機(jī)器人學(xué)、協(xié)作機(jī)器人學(xué)、社會(huì)機(jī)器人學(xué)以及廣義社會(huì)學(xué)等。</p><p><b&

50、gt;　　1.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀</b></p><p>　　國(guó)內(nèi)在移動(dòng)機(jī)器人的研究起步較晚,大多數(shù)研究尚處于某個(gè)單項(xiàng)研究階段,主要的研究工作：</p><p>　　清華大學(xué)智能移動(dòng)機(jī)器人于1994 年通過(guò)鑒定。涉及到五個(gè)方面的關(guān)鍵技術(shù):基于地圖的全局路徑規(guī)劃技術(shù)研究(準(zhǔn)結(jié)構(gòu)道路網(wǎng)環(huán)境下的全局路徑規(guī)劃、具有障礙物越野環(huán)境下的全局路徑規(guī)劃、自然地形環(huán)境下的全局路徑規(guī)劃) ;基于傳感器

51、信息的局部路徑規(guī)劃技術(shù)研究(基于多種傳感器信息的“感知一動(dòng)作”行為、基于環(huán)境勢(shì)場(chǎng)法的“感知一動(dòng)作”行為、基于模糊控制的局部路徑規(guī)劃與導(dǎo)航控制) ;路徑規(guī)劃的仿真技術(shù)研究(基于地圖的全局路徑規(guī)劃系統(tǒng)的仿真模擬、室外移動(dòng)機(jī)器人規(guī)劃系統(tǒng)的仿真模擬、室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人局部路徑規(guī)劃系統(tǒng)的仿真模擬) ;傳感技術(shù)、信息融合技術(shù)研究(差分全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、磁羅盤和光碼盤定位系統(tǒng)、超聲測(cè)距系統(tǒng)、視覺(jué)處理技術(shù)、信息融合技術(shù)) ;智能移動(dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)( 智

52、能移動(dòng)機(jī)器人THMR —III 的體系結(jié)構(gòu)、高效快速的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)) 。</p><p>　　香港城市大學(xué)智能設(shè)計(jì)、自動(dòng)化及制造研究中心的自動(dòng)導(dǎo)航車和服務(wù)機(jī)器人。</p><p>　　中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所的AGV 和防爆機(jī)器人。</p><p>　　中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化所自行設(shè)計(jì)、制造的全方位移動(dòng)式機(jī)器人視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)。</p><

53、p>　　哈爾濱工業(yè)大學(xué)于1996 年研制成功的導(dǎo)游機(jī)器人等。 </p><p>　　2.移動(dòng)機(jī)器人發(fā)展史</p><p>　　1920年 捷克斯洛伐克作家卡雷爾·恰佩克在他的科幻小說(shuō)《羅薩姆的機(jī)器人萬(wàn)能公司》中，根據(jù)Robota(捷克文，原意為“勞役、苦工”)和Robotnik(波蘭文，原意為“工人”)，創(chuàng)造出“機(jī)器人”這個(gè)詞。</p><p>

54、　　1939年 美國(guó)紐約世博會(huì)上展出了西屋電氣公司制造的家用機(jī)器人Elektro。它由電纜控制，可以行走，會(huì)說(shuō)77個(gè)字，甚至可以抽煙，不過(guò)離真正干家務(wù)活還差得遠(yuǎn)。但它讓人們對(duì)家用機(jī)器人的憧憬變得更加具體。</p><p>　　1942年 美國(guó)科幻巨匠阿西莫夫提出“機(jī)器人三定律”。雖然這只是科幻小說(shuō)里的創(chuàng)造，但后來(lái)成為學(xué)術(shù)界默認(rèn)的研發(fā)原則。</p><p>　　1948年 諾伯特·

55、維納出版《控制論》，闡述了機(jī)器中的通信和控制機(jī)能與人的神經(jīng)、感覺(jué)機(jī)能的共同規(guī)律，率先提出以計(jì)算機(jī)為核心的自動(dòng)化工廠。</p><p>　　1954年 美國(guó)人喬治·德沃爾制造出世界上第一臺(tái)可編程的機(jī)器人，并注冊(cè)了專利。這種機(jī)械手能按照不同的程序從事不同的工作，因此具有通用性和靈活性。</p><p>　　1956年 在達(dá)特茅斯會(huì)議上，馬文·明斯基提出了他對(duì)智能機(jī)器的看法：

56、智能機(jī)器“能夠創(chuàng)建周圍環(huán)境的抽象模型，如果遇到問(wèn)題，能夠從抽象模型中尋找解決方法”。這個(gè)定義影響到以后30年智能機(jī)器人的研究方向。</p><p>　　1959年 德沃爾與美國(guó)發(fā)明家約瑟夫·英格伯格聯(lián)手制造出第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人。隨后，成立了世界上第一家機(jī)器人制造工廠——Unimation公司。由于英格伯格對(duì)工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)和宣傳，他也被稱為“工業(yè)機(jī)器人之父”。</p><p>　　

57、1962年 美國(guó)AMF公司生產(chǎn)出“VERSTRAN”(意思是萬(wàn)能搬運(yùn)),與Unimation公司生產(chǎn)的Unimate一樣成為真正商業(yè)化的工業(yè)機(jī)器人，并出口到世界各國(guó)，掀起了全世界對(duì)機(jī)器人和機(jī)器人研究的熱潮。</p><p>　　1962年-1963年傳感器的應(yīng)用提高了機(jī)器人的可操作性。人們?cè)囍跈C(jī)器人上安裝各種各樣的傳感器，包括1961年恩斯特采用的觸覺(jué)傳感器，托莫維奇和博尼1962年在世界上最早的“靈巧手”上用

58、到了壓力傳感器，而麥卡錫1963年則開始在機(jī)器人中加入視覺(jué)傳感系統(tǒng)，并在1965年，幫助MIT推出了世界上第一個(gè)帶有視覺(jué)傳感器，能識(shí)別并定位積木的機(jī)器人系統(tǒng)。</p><p>　　1965年約翰·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室研制出Beast機(jī)器人。Beast已經(jīng)能通過(guò)聲納系統(tǒng)、光電管等裝置，根據(jù)環(huán)境校正自己的位置。20世紀(jì)60年代中期開始，美國(guó)麻省理工學(xué)院、斯坦福大學(xué)、英國(guó)愛(ài)丁堡大學(xué)等陸續(xù)成立了機(jī)器人實(shí)驗(yàn)

59、室。美國(guó)興起研究第二代帶傳感器、“有感覺(jué)”的機(jī)器人，并向人工智能進(jìn)發(fā)。</p><p>　　1968年 美國(guó)斯坦福研究所公布他們研發(fā)成功的機(jī)器人Shakey。它帶有視覺(jué)傳感器，能根據(jù)人的指令發(fā)現(xiàn)并抓取積木,不過(guò)控制它的計(jì)算機(jī)有一個(gè)房間那么大。Shakey可以算是世界第一臺(tái)智能機(jī)器人，拉開了第三代機(jī)器人研發(fā)的序幕。</p><p>　　1969年 日本早稻田大學(xué)加藤一郎實(shí)驗(yàn)室研發(fā)出第一臺(tái)以雙

60、腳走路的機(jī)器人。加藤一郎長(zhǎng)期致力于研究仿人機(jī)器人，被譽(yù)為“仿人機(jī)器人之父”。日本專家一向以研發(fā)仿人機(jī)器人和娛樂(lè)機(jī)器人的技術(shù)見(jiàn)長(zhǎng)，后來(lái)更進(jìn)一步，催生出本田公司的ASIMO和索尼公司的QRIO。</p><p>　　1973年 世界上第一次機(jī)器人和小型計(jì)算機(jī)攜手合作，就誕生了美國(guó)Cincinnati Milacron公司的機(jī)器人T3。</p><p>　　1978年 美國(guó)Unimation公司

61、推出通用工業(yè)機(jī)器人PUMA，這標(biāo)志著工業(yè)機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)完全成熟。PUMA至今仍然工作在工廠第一線。</p><p>　　1984年 英格伯格再推機(jī)器人Helpmate，這種機(jī)器人能在醫(yī)院里為病人送飯、送藥、送郵件。同年，他還預(yù)言：“我要讓機(jī)器人擦地板，做飯，出去幫我洗車，檢查安全”。</p><p>　　1998年 丹麥樂(lè)高公司推出機(jī)器人(Mind-storms)套件，讓機(jī)器人制造變得跟搭

62、積木一樣，相對(duì)簡(jiǎn)單又能任意拼裝，使機(jī)器人開始走入個(gè)人世界。</p><p>　　1999年 日本索尼公司推出犬型機(jī)器人愛(ài)寶(AIBO)，當(dāng)即銷售一空，從此娛樂(lè)機(jī)器人成為目前機(jī)器人邁進(jìn)普通家庭的途徑之一。</p><p>　　2002年 丹麥iRobot公司推出了吸塵器機(jī)器人Roomba，它能避開障礙，自動(dòng)設(shè)計(jì)行進(jìn)路線，還能在電量不足時(shí)，自動(dòng)駛向充電座。Roomba是目前世界上銷量最大、最商

63、業(yè)化的家用機(jī)器人。</p><p>　　2006年 6月，微軟公司推出Microsoft Robotics Studio，機(jī)器人模塊化、平臺(tái)統(tǒng)一化的趨勢(shì)越來(lái)越明顯，比爾·蓋茨預(yù)言，家用機(jī)器人很快將席卷全球。</p><p>　　3.工業(yè)智能機(jī)器人技術(shù)</p><p>　　工業(yè)機(jī)器人可用于承擔(dān)常規(guī)的、冗長(zhǎng)乏味的裝配線工作，或執(zhí)行那些對(duì)工人也許有危害的工作。例

64、如，在第一代工業(yè)機(jī)器人中，曾有一臺(tái)被用于更換核電廠的核燃料棒,從事這項(xiàng)工作的工人可能會(huì)暴露在有害量的放射線下。工業(yè)機(jī)器人也能夠在裝配線上操作——安裝小型元件，例如將電子元件安裝在線路板上。為此，工人可以從這種冗長(zhǎng)乏味任務(wù)的常規(guī)操作中解放出來(lái)。通過(guò)編程的機(jī)器人還能去掉炸彈的雷管、為殘疾者服務(wù)以及在我們社會(huì)的眾多應(yīng)用中發(fā)揮作用。</p><p>　　目前國(guó)際機(jī)器人界都在加大科研力度，進(jìn)行機(jī)器人共性技術(shù)的研究，并朝著智

65、能化和多樣化方向發(fā)展。主要研究?jī)?nèi)容集中在以下9個(gè)方面：</p><p>　　1．工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)：探索新的高強(qiáng)度輕質(zhì)材料，進(jìn)一步提高負(fù)載/自重比，同時(shí)機(jī)構(gòu)向著模塊化、可重構(gòu)方向發(fā)展。</p><p>　　2．機(jī)器人控制技術(shù)：重點(diǎn)研究開放式，模塊化控制系統(tǒng)，人機(jī)界面更加友好，語(yǔ)言、圖形編程界面正在研制之中。機(jī)器人控制器的標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化，以及基于PC機(jī)網(wǎng)絡(luò)式控制器已成為研究熱

66、點(diǎn)。編程技術(shù)除進(jìn)一步提高在線編程的可操作性之外，離線編程的實(shí)用化將成為研究重點(diǎn)。</p><p>　　3．多傳感系統(tǒng)：為進(jìn)一步提高機(jī)器人的智能和適應(yīng)性，多種傳感器的使用是其問(wèn)題解決的關(guān)鍵。其研究熱點(diǎn)在于有效可行的多傳感器融合算法，特別是在非線性及非平穩(wěn)、非正態(tài)分布的情形下的多傳感器融合算法。另一問(wèn)題就是傳感系統(tǒng)的實(shí)用化。</p><p>　　4．機(jī)器人的結(jié)構(gòu)靈巧，控制系統(tǒng)愈來(lái)愈小，二者正朝

67、著一體化方向發(fā)展。</p><p>　　5．機(jī)器人遙控及監(jiān)控技術(shù)，機(jī)器人半自主和自主技術(shù)，多機(jī)器人和操作者之間的協(xié)調(diào)控制，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)建立大范圍內(nèi)的機(jī)器人遙控系統(tǒng)，在有時(shí)延的情況下，建立預(yù)先顯示進(jìn)行遙控等。</p><p>　　6．虛擬機(jī)器人技術(shù)：基于多傳感器、多媒體和虛擬現(xiàn)實(shí)以及臨場(chǎng)感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的虛擬遙操作和人機(jī)交互。</p><p>　　7．多智能體（mult

68、i-agent）調(diào)控制技術(shù)：這是目前機(jī)器人研究的一個(gè)嶄新領(lǐng)域。主要對(duì)多智能體的群體體系結(jié)構(gòu)、相互間的通信與磋商機(jī)理，感知與學(xué)習(xí)方法，建模和規(guī)劃、群體行為控制等方面進(jìn)行研究。</p><p>　　8．微型和微小機(jī)器人技術(shù)（micro/miniature robotics）:這是機(jī)器人研究的一個(gè)新的領(lǐng)域和重點(diǎn)發(fā)展方向。過(guò)去的研究在該領(lǐng)域幾乎是空白，因此該領(lǐng)域研究的進(jìn)展將會(huì)引起機(jī)器人技術(shù)的一場(chǎng)革命，并且對(duì)社會(huì)進(jìn)步和人類

69、活動(dòng)的各個(gè)方面產(chǎn)生不可估量的影響，微小型機(jī)器人技術(shù)的研究主要集中在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)方式、控制方法、傳感技術(shù)、通信技術(shù)以及行走技術(shù)等方面。</p><p>　　9．軟機(jī)器人技術(shù)（soft robotics）:主要用于醫(yī)療、護(hù)理、休閑和娛樂(lè)場(chǎng)合。傳統(tǒng)機(jī)器人設(shè)計(jì)未考慮與人緊密共處，因此其結(jié)構(gòu)材料多為金屬或硬性材料，軟機(jī)器人技術(shù)要求其結(jié)構(gòu)、控制方式和所用傳感系統(tǒng)在機(jī)器人意外地與環(huán)境或人碰撞時(shí)是安全的，機(jī)器人對(duì)人是友好的。&

70、lt;/p><p><b>　　4.總結(jié)與展望</b></p><p><b>　　4.1總結(jié)</b></p><p>　　機(jī)器人在我國(guó)未來(lái)20年必得到跨越式發(fā)展。理由有三：1.隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)快速的發(fā)展，近幾年的國(guó)民生產(chǎn)總值年平均增長(zhǎng)率更是保持在9%左右，人民消費(fèi)水平大大提高，作為制造業(yè)主力的農(nóng)民工也從早期的解決溫飽問(wèn)題到現(xiàn)在對(duì)

71、薪資和工作條件提出了更高要求。這些情況使得許多企業(yè)從勞動(dòng)密集型向技術(shù)密集型轉(zhuǎn)變，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量提出了更高的要求。利用機(jī)器人技術(shù)無(wú)疑是發(fā)展的大方向！2.機(jī)器人技術(shù)在日美等國(guó)得到了很好的應(yīng)用，給社會(huì)帶來(lái)了長(zhǎng)足發(fā)展。而隨著我國(guó)機(jī)器人知識(shí)的普及，利用機(jī)器人技術(shù)提升我國(guó)工業(yè)發(fā)展水平，從制造大國(guó)向強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變，提高人民生活質(zhì)量成為了全社會(huì)的共識(shí)。3.從863計(jì)劃以來(lái)，國(guó)家政府對(duì)工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)和應(yīng)用及給予了大力的支持，機(jī)器人進(jìn)口量連年成倍增長(zhǎng)。</p

72、><p><b>　　4.2展望</b></p><p>　　1 機(jī)器人性能不斷提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修），而單機(jī)價(jià)格不斷下降。</p><p>　　2 機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測(cè)系統(tǒng)三位一體化；有關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人。</p><p>　　3

73、 機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于 PC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化，網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜日漸小巧，采用模塊化結(jié)構(gòu)，大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。</p><p>　　4 機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，視覺(jué)、力覺(jué)、聲覺(jué)、觸覺(jué)等多傳感器的融合技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。</p><p>　　5 機(jī)器人化機(jī)械開始興起。從94年美

74、國(guó)開發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來(lái)這種新型裝置已成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)之一，紛紛探索開拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 白井良明.機(jī)器人工程[M].北京:科學(xué)出版社，2001. </p><p>　　[2] 遲建男，徐新和.移動(dòng)機(jī)器人即時(shí)定位與地圖創(chuàng)建問(wèn)題研究[J].機(jī)器人， 2004,26（1

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86、/p><p><b>　　外文翻譯</b></p><p>　　譯文題目 移動(dòng)機(jī)器人車輛 </p><p>　　原稿題目 Mobile Robot Vehicles </p><p>　　原稿出

87、處 Peter Corke.Robotics,vision and control[M].Australia: Springer Tracts in Advanced Robotics,2011 </p><p><b>　　移動(dòng)機(jī)器人車輛</b></p><p>　　這一章討論如何移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái),它帶來(lái)一個(gè)隨時(shí)間變化的函數(shù)來(lái)控制。有許多不同的類型，如61頁(yè)到63頁(yè)所

88、示的機(jī)器人平臺(tái)。但我們?cè)诒菊聦⒖紤]只有兩種機(jī)器人平臺(tái)具有重要意義。第一種平臺(tái)是一個(gè)輪子，像一輛汽車,在二維世界運(yùn)行。它可以改變輪子的角度使汽車向前或向后移動(dòng)并控制方向的變化。第二個(gè)平臺(tái)是一個(gè)直升機(jī),在三維運(yùn)動(dòng)中，這是一種典型的機(jī)器人直升機(jī)正變得越來(lái)越流行。平臺(tái)就像一個(gè)機(jī)器人，因?yàn)樗麄兛梢院苋菀椎乇荒７潞涂刂啤?</p><p><b>　　4.1靈活性</b></p>&

89、lt;p>　　我們已經(jīng)談到的多樣性和移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方式，在這個(gè)部分中我們將討論有關(guān)機(jī)器人平臺(tái)的靈活性與及它如何在空間移動(dòng)。</p><p>　　我們先來(lái)考慮一下這個(gè)簡(jiǎn)單的例子：一列火車。從一些資料上顯示，火車在軌道運(yùn)行，可以通過(guò)它的距離來(lái)描述它的位置。通過(guò)一個(gè)標(biāo)量參數(shù)q，火車可以被完全的描述，叫做廣義。集合所有可能的配置就是配置空間，用q∈C來(lái)表示。在這種情況下C?R。我們也說(shuō)火車上有一個(gè)自由度，因?yàn)閝是

90、一個(gè)標(biāo)量。這趟列車也有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器(電機(jī)),驅(qū)使它沿軌道向前或向后?；疖囃ㄟ^(guò)電機(jī)和自由度充分的驅(qū)動(dòng),可以到達(dá)任意配置空間，就是說(shuō)可以沿軌道的任何位置。</p><p>　　另一個(gè)重要的概念,移動(dòng)裝置ξ∈T是一套任務(wù)空間所有可能的姿勢(shì)。這項(xiàng)任務(wù)空間取決于應(yīng)用程序或任務(wù)。如果我們的任務(wù)是沿軌道運(yùn)動(dòng)，那么T?R。如果我們只關(guān)心這個(gè)火車的位置，那么在一個(gè)平面上T?R2。如果我們認(rèn)為是一個(gè)三維世界，那么T ?SE(3)，它的

91、上下移動(dòng)可以改變高度的變化。不清楚這這種情況下，如果這項(xiàng)任務(wù)超出尺寸的空間配置空間，火車就不能達(dá)到一個(gè)任意的位置，因?yàn)榛疖囀遣坏貌谎刂潭ㄜ壍狼斑M(jìn)的。既然這樣，我們說(shuō)火車沿著一個(gè)移動(dòng)空間有一個(gè)映射q?ξ。</p><p>　　有趣的是,許多汽車有共同的特性。它們擅長(zhǎng)于向前移動(dòng),但不擅長(zhǎng)于其他方向的移動(dòng)。汽車、汽墊船、船舶和飛機(jī)，它們所有的特點(diǎn)和復(fù)雜的操縱都是為了可以向各個(gè)方向移動(dòng)而設(shè)計(jì)的。這個(gè)設(shè)計(jì)方法是一個(gè)非常明

92、智的選擇，因?yàn)樗槍?duì)我們最常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)車輛。不常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)如停車、兩艘船的對(duì)接或更復(fù)雜的飛機(jī)著陸,這也不是不可能的,人類可以學(xué)習(xí)這個(gè)技巧。這種類型的設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)簡(jiǎn)化非常,特別是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的要求數(shù)量越少越好。</p><p>　　下一個(gè)考慮是氣墊船，它的下面有兩個(gè)螺旋槳，但軸平行但不在同一直線上。提供的總向前力產(chǎn)生的扭矩會(huì)使氣墊船轉(zhuǎn)向偏移。氣墊船在平面移動(dòng)及其配置上完全是由三個(gè)廣義坐標(biāo)表示q =(x, y, θ) ∈ C。配

93、置空間有三維空間，因此它有三個(gè)自由度。</p><p>　　氣墊船只有兩個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，比汽車少一個(gè)自由度，因此它是欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。利用這個(gè)限制方式可以自由移動(dòng)。在任何時(shí)候我們可以控制前進(jìn)（平行于推力矢量）、加速和旋轉(zhuǎn)。加速度為零的氣墊船沒(méi)有橫向加速度,因?yàn)樗划a(chǎn)生任何側(cè)向推力。然而一些熟練的操縱，就像汽車能在遵循的路線上把它帶到開始地方的另一側(cè)。欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)就是可以減少執(zhí)行機(jī)構(gòu)的數(shù)量，缺點(diǎn)就是是汽車無(wú)法直接移動(dòng)到任

94、何一個(gè)地方及其配置的空間，因?yàn)樗仨氉裱欢ǖ穆窂健Ｈ绻覀冊(cè)黾恿说谌齻€(gè)螺旋槳，那么氣墊船就可以實(shí)現(xiàn)全向移動(dòng)。氣墊船的任務(wù)空間就是T ? SE(2)，對(duì)于配置空間是等效的。</p><p>　　一架直升飛機(jī)有四個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其大小主要是由轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生推力矢量控制的橫向、縱向循環(huán)。第四個(gè)驅(qū)動(dòng)器后面的轉(zhuǎn)子提供了一個(gè)橫擺力矩。直升機(jī)的配置可以描述為六個(gè)廣義坐標(biāo)q =(x, y, z, θr, θp, θy) ∈ C，那是其位

95、置與方向在三維空間的取向角。配置空間C?R3×S3有六個(gè)維度,因此車輛有六個(gè)自由度。直升機(jī)是欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),它沒(méi)有旋轉(zhuǎn)加速，因?yàn)橹鄙龣C(jī)保持自由是不需要操作的，機(jī)尾的朝向保持穩(wěn)定的均衡力，因此可以做俯仰運(yùn)動(dòng)。重力就像一個(gè)額外的驅(qū)動(dòng)器,它提供一個(gè)向下的力，這使得直升機(jī)加速側(cè)推力矢量水平分量的垂直分量推力由重力抵消，如果沒(méi)有重力直升飛機(jī)是飛不起來(lái)的。直升機(jī)的工作空間就是T?SE(3)。</p><p>　　一個(gè)固

96、定翼飛機(jī)前進(jìn),也有4個(gè)極其有效地執(zhí)行機(jī)構(gòu)：前進(jìn)、副翼、升降、方向。對(duì)飛機(jī)來(lái)說(shuō)飛機(jī)的推力加速度在不同時(shí)刻都會(huì)對(duì)方向和控制產(chǎn)生不同的影響：方向舵（偏航力矩）、副翼（軋輥扭矩）、升降（旋轉(zhuǎn)扭矩）。飛機(jī)的配置空間是相同的,有6個(gè)尺寸。欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的飛機(jī)沒(méi)有側(cè)向方向的加速。直升機(jī)的工作空間就是T?SE(3)。</p><p>　　在62頁(yè)的深井熱量探測(cè)器顯示的水下機(jī)器人也有一個(gè)配置空間C ?R3× S3 ，是六個(gè)維

97、度的，但是相比之下是完全啟動(dòng)的。車輛的執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以運(yùn)用六個(gè)方面對(duì)任意一個(gè)力及力矩平衡，它可以使任意方向軸的加速。它的工作空間是T?SE(3)</p><p>　　最后,我們來(lái)到了輪子———人類偉大的成就。輪子是在公元前3000年左右發(fā)明的,兩個(gè)輪子的車是在公元前2000年左右發(fā)明的。今天四個(gè)輪子的交通工具是無(wú)處不在的,擁有的人數(shù)接近十億。汽車的有效性和我們對(duì)它的熟悉讓它們可以在平臺(tái)上自由移動(dòng)。</p>

98、<p>　　一輛滾滑駕駛的車輛,比如一輛坦克，可以在危險(xiǎn)中移向一邊并立即停下來(lái)。這是一個(gè)機(jī)動(dòng)時(shí)變控制策略的特點(diǎn),是一種不完整的系統(tǒng)。坦克有兩個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，就像在每條賽道上,一輛車就是一個(gè)欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。</p><p>　　機(jī)動(dòng)車輛參數(shù)表,我們討論的是在表4.1。第二欄是大量的自由度的車輛或其設(shè)置的空間維度，第三欄是大量的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，第四欄的是是否完全驅(qū)動(dòng)的車輛。</p><p>　

99、　Mobile Robot Vehicles</p><p>　　This chapter discusses how a robot platform moves, that is, how its pose changes with time as a function of its control inputs. There are many different types of robot platfor

100、m as shown on pages 61–63 but in this chapter we will consider only two which are important exemplars. The first is a wheeled vehicle like a car which operates in a 2-dimensional world. It can be propelled forwards or ba

101、ckwards and its heading direction controlled by changing the angle of its steered wheels. The second plat</p><p>　　However before we start to discuss these two robot platforms it will be helpful to consider

102、some general, but important, concepts regarding mobility.</p><p>　　4.1 lMobility</p><p>　　We have already touched on the diversity of mobile robots and their modes of locomotion.In this section

103、we will discuss mobility which is concerned with how a vehicle moves in space.</p><p>　　We first consider the simple example of a train. The train moves along rails and its position</p><p>　　is

104、described by its distance along the rail from some datum. The configuration of the train can be completely described by a scalar parameter q which is called its generalized coordinate. The set of all possible configurati

105、ons is the configuration space, or C-space, denoted by C and q∈C. In this case C?R. We also say that the train has one degree of freedom since q is a scalar. The train also has one actuator (motor) that propels it forwar

106、ds or backwards along the rail. With one motor and one de</p><p>　　Another important concept is task space which is the set of all possible poses ξ of the vehicle and ξ ∈ T. The task space depends on the app

107、lication or task. If our task was motion along the rail then T ?R. If we cared only about the position of the train in a plane then T ?R2. If we considered a 3-dimensional world then T ? SE(3), and its height changes as