基于行为的人工智能微型移动机器人
班级：机研107
姓名：李辉云
学号：201030124020
基于行为的人工智能微型移动机器人
摘要
实现机电一体化，移动机器人，基于行为的人工智能的概念的智能移动机器人已经研制成功。
对于此移动机器人采用了一种简单的综合了机械，电气，计算机方面的系统的原理，为了改善机器人的整体系统性能优势。这个机器人的主要功能，名为SCAVENGER，就是在一个受控环境下能自由导航，搜索带有已知特征（彩色高尔夫球）的目标对象，并躲避其他作为障碍物的物体。一个红外传感器，色彩探测器和保险杠的组合装置，用来使导航和识别物体变得简便。这个机器人的大脑由一个用C语言编程的板载微控制器MC57HC00组成。该控制软件实现了基于行为的人工智能，其中机器人的总体智力是由几个简单的，类似看起来像昆虫的原始的行为的层次组成。在这项工作中，机器人的子系统设计，其中机电一体化的实现是最有效，包含更多的在物体识别和收集系统的特殊兴趣的细节。1998年Elsevier科学有限公司。版权所有。
关键词：机器人，智能
目录
1.简介 (4)
2.设计要求和目的 (5)
3. 系统整体结构 (5)
4. 运动系统 (7)
5. 导航系统 (8)
5.1. 检测范围 (9)
5.2. 障碍探测 (11)
6. 物体识别系统 (11)
6.1. 智能钩 (14)
6.2. 颜色检测 (15)
7. 物体收集系统 (16)
8. 计算硬件和软件 (18)
9. 结果与讨论 (19)
10. 结论 (22)
参考文献 (23)
1.简介
由于移动机器人时代的开始，移动机器人开始发出一些与运动，导航和人工智能相关的特殊挑战【1-5】。这些机器人的流动性依靠于自己的在环境中在两个位置之间的自主导航中的能力。
为了有效地导航，移动机器人必须首先具备一个灵活的移动性和可操作性的运动系统来运动，在地形和地表条件差异很大的情况下【1，6】。。具有一个合适的运动系统，移动机器人的导航引入了两个相互关联的有关于传感器技术和导航策略的挑战。由Everette【1】详细介绍的用于移动机器人的传感器及传感器技术和应用的论述已全面上市。但是，正是传感器的输出的翻译和组织才使机器人完成了导航和其他任务。把机器人感觉到的信息整理成一个有意义的形式，使机器人能独立作出决定，这些引进了传感器融合和基于模型的机器人的概念。
其中一种来自1980年代中期的办法介绍了移动机器人应该使用传感器来建立一个世界模型
然后用模型（图）来计划自己的行动来浏览或执行其他任务【2,7】。该传感器融合的概念，需要复杂的要求有巨大的计算能力的数学模型。此外，降低性能和外观都是这种做法的主要特点。这导致了一种对感觉输入作出反应的基于反应行为的新方法的诞生【3】。在这种情况下，这项行为只是简单的描述了一套行为，就是由一个机器人作为一种对其传感器给予的刺激而做出响应而表现出来的行为。
在基于行为的机器人中，他们通过对其感觉输入做出反应而表现出一些基本类似于昆虫的行为。一些研究人员采用的包括沿着墙/线行驶，寻找光/暗，避开障碍物，并接近目标的常见的行为。通过这些以及其他创造性的行为的成功， '包容结构'的出现了，它提供了一种融合简单的行为，体现了人工智能的结构化方法。这种思想被称为'Novuell'或'基于行为的'人工智能，是首次由麻省理工学院机器人实验室的罗德尼布鲁克斯提出的【3】。该包容结构是一种组织一个智能系统的方法，它通过分层来完成任务而不依赖于整体模型或传感器融合【6】。
在此体系结构下，机器人的行为是通过优先的层次来安排的，这种优先中触发更高一级的行为会抑制所有较低级别的行为。程序员决定了行为的优先次序和设计仲裁制度来进一步解决冲突的行为。
这项工作提出了一种方法，此方法为改善机器人的整体系统性能优势，采用了一种综合了机械，电气，计算机方面的系统的原理。这个概念是来自机电一体化；在最近三十年里出
现的一个新领域。机电一体化，可以看作是机械，电气的优化组合，而且在系统设计上信息工程会产生更好的性能和价值【8】。
2. 设计要求和目标
这项工作的最终目标是微型智能移动机器人的设计和发展（SCAVENGER）。这个机器人应该能够识别不同的对象和相应行为。在这项工作中，机器人能识别高尔夫球。而在色彩，重量和大小球的基础上，它能执行某些任务。在这个过程中，机器人遇到各种应能识别的障碍和的对象。一旦识别这个障碍物（或对象），一个基于障碍物特点的合适的行为就会执行。这种机器人的主要设计要求，可以概括如下：
●简单的设计方法
●元件的数量应尽量减少（机制进行了优化，使传感器和执行器的数量最小化）
●控制软件应不超过2K的，同时表明，复杂的行为可以编程为一个具有低级计
算能力的廉价的机器人。
●成本应低于100美元
●高可靠性。
●能够区分物体和障碍物。
●能够识别不同的高尔夫球和拾起唯一的绿色高尔夫球。
在发展这种机器人时，为了优化性能和可靠性，探索了机电一体化，机器人和人工智能（AI）等领域。这项工作描述了为达到上述设计要求优化机器人系统的方法。有关不同的组件的选择和发展的设计流程在以下各节说明。
3. 系统整体构架
SCAVENGER包括以下五个主要的子系统，（图1）：
（1）运动系统：两个橡胶履带组成，由直流电动机通过齿轮组合与安全离合器来驱动。铁轨通过差速转向实现通过性，并通过在这些轨道上安装非线性光学编码器来辅助同步。
（2）导航系统：装备有红外（IR）发射器/接收器，缓冲器悬挂传感器检测变化和障碍物检测传感器。该系统通过监测障碍来躲避碰撞，并作出相应的反应来通知运动系统。
（3）物体识别系统：一个特别设计的钩和色彩传感器用来识别目标。
（4）对象收集系统：对一个对象的积极识别，识别系统触发对象收集装置，然后装到机器人的储存箱中，装载机制使用一个连接到一个步进电机驱动的手臂上的钩子。
（5）计算硬件和软件：所有子系统报告给一个构成计算系统的微控制器。该项目是在
一台主机上使用C语言开发的，并通过一个临时串行连接下载到微控制器上。
图1. SCAVENGER的主要子系统
在一个松散控制的环境中SCAVENGER自由导航地和搜索一个或多个特征已知的目标对象。在这种情况下，目标对象选择的是三种标准的不同颜色的高尔夫球。指定每种颜色代表一个特定的特性，这些特征将会引起机器人相应的反应。绿色高尔夫球代表友好，红色的代表危险。在搜索高尔夫球时，机器人会探测和躲避作为障碍物的其他物体。当它遇到一个高尔夫球时，这个球只是以其大小和形状来确定的，机器人试图使用颜色传感器来确定球的颜色。
一旦确定颜色，机器人用预定的反应的对球作出反应，这个反应与其编程保持一致。SCAVENGER也显示了面对综合情况时一些意想不到的智能行为的升级。
4. 运动系统
在选择的移动机器人，一般考虑正确的驱动器类型可概括为如下
●改变运动（机动）方向的能力
●在使用软件来控制硬件（可控性）的简易度
●稳定可靠的牵引力和爬坡能力
●功率消耗（效率）
●环境影响（在此情况下，驱动和转向功能，不得损坏表面）
●能够保持良好的导航航位推算精度
移动机器人最常见的的运动系统是使用车轮，履带或腿式。对于一些实际的原因，轮式车辆是最流行的，通常有两个或多个车轮。四轮配置，也称为转向梯形，是汽车的标准。这些轮式配置与腿式配置相比只是在机械上更简单的来建立和提供一个更为有力的机重比。对于腿式运动学，由于自由程度增加，通常表现为复杂性增加。另一方面，轮式系统的主要缺点，是他们无法通过崎岖的地形当障碍物的尺寸接近车轮的半径时。对于移动机器人，履带是一个有吸引力的选择，因为他们让机器人通过比较大的障碍，而且比轮式机器人更不易受到环境危害【3】。他们的主要缺点是效率低下，这是由于转弯时履带和地面之间的滑移【3,5,9】。
SCAVENGER使用了类似于军用坦克，推土机和其他重型工程车辆的履带式运动系统。该履带的内，外表面使用沟槽或牙齿来提供与地面更好的牵引力和驱动轮的良好啮合。所选的履带在每个履带边均匀配置有一个后轮驱动车轮和六个从动轮子（滚轮）。见图2。当移动机器人在平坦表面运动时，每边只有中间的三个车轮与路面接触，并支撑机器人的重量。随着机器人开始攀登斜坡或小台阶，其他车轮也会开始接触面，提高稳定性以及牵引力。此功能使履带运动系统提供了一个良好的灵活性，在通过不平坦的和未铺砌的路面时。此外，履带式配置通过差速转向技术来转向，即转向外侧的履带的驱动速度比内侧的快。这种技术可以让机器人做出急转弯，几乎是围绕其中心，也被称为'零半径'转弯。然而，这种优势并没有带来效率。当机器人转动时，履带必会相对地面滑动，从而由于地面摩擦而浪费能量。
图2.机器人展现其子系统位置的侧视图
SCAVENGER的履带是分别由两个永磁直流电动机独立连续驱动（见图3）。各电机的速度和方向由微控制器通过L293D运动控制器IC来控制【3】。该机器人采用迷你板内的‘脉冲
宽度调制’功能来控制电机的转速【10】。
图3.机器人子系统位置的顶视图（所有尺寸以毫米为单位）
5. 导航系统
对于移动机器人，最简单的导航任务，是从一个已知确切位置的点（位置A），到另一
个距第一点位置的距离和方向已知的点（位置B）。直观上，从A点到B点最简单的路线是
在两点之间按一条直线路径移动。但是，对一个自主移动机器人这个任务并不简单。为了实现这一举措，移动机器人必须采用的一种称为‘航位推算’的技术;一项起源于航行天数的‘推到清算’的技术【1,3】。近日，使用卫星环绕地球表面上方的全球定位系统（GPS）的发展，已经推出了大型移动机器人的导航工具的替代品【1】。但是，对于微型机器人，GPS的低分辨率（仍然以英尺计）和追踪装置的成本，以及利用GPS接收机使使用GPS变得不切实际。
该机器人从以前位置的位移使用板载里程表测量。大多数里程表使用连接到电机轴，车轴和车轮的光学编码器。方向，也是轴承或前进的方向，可以直接测量从船上的磁罗盘，陀螺，或转向传感器。从现在众多的用于测量距离行驶的传感器中，最常见的简单的是电位器和光学编码器。然而，以电位器热量的形式消耗的能量使他们效率不高，因此使用光电编码器有利于他们的数字特性和低功耗。
SCAVENGER导航使用安装在履带上的开槽光学编码器（见图2）。这些编码器主要用于使机器人的左右履带的运动同步。图4显示了开槽光电编码器的电路图。转向时，SCAVENGER通过比较可以编码器输出来推断出一个大概的转弯半径的措施。该编码器还可以用于测量机器人走过的距离。由于SCAVENGER的行为不要求广泛而准确的航迹推算，对这一技术的运动学和算法的讨论将不会被包括在这项工作中。
5.1.检测范围
检测范围描述了测量机器人和其他对象的之间的距离一种方法，通常是通过非接触式手段和逼近技术。根据测量所需的不同的分辨率，对于成本的广泛性，有几种可供选择的技术。
这些测距系统的一些包括接近传感，三角测距，测距飞行时间，相位测距系统【1】。
图4.开槽光开关的电路图
从这些广泛的技术中，在设计清道夫机器人中接近传感器显得更合适，即机器人只是希望在2-3秒内被预先告知正在接近的物体。接近传感器只能探测障碍物的存在或不存在，并没有实际地测量距离，但它们对于SCAVENGER的需要已足够了。清道夫选定的近红外（NIR）接近传感器有一套发射器和接收器设备用来检测不透明或反射近红外光谱的物体的存在（见图2和3）。发射器通过一个红外发光二极管（LED）发出近红外光束（波长度880 nm）。接收器单件有一个光传感器可以检测它的返回路径上的光束。
为清道夫使用的配置是扩散模式，其检测范围调整到2和3秒之间，通过微调发射的红外线光束强度和改变接收器的灵敏度。此外，该传感器的视野可以调整，通过改变发射器和接收器之间的光束夹角。清道夫的红外距离感应器发出调制信号，以尽量减少从红外荧光灯泡和其他热源周围排放的干扰。发送器和接收器的电子操作在40 kHz，由电视，录像机和收音机的红外遥控器接受（图5和6）。发送器发送一个12位以较低的频率调制的串行信
息，其中前8位识别设备，而最后4位为数据保留。虽然，清道夫的行为确实只利用一个数据来接近检测，但是这四个数据可以提供16位不同的信息的最大值。
5.2障碍探测
障碍物检测可以通过多种传感器和技术来实现。已经在上一节提到的一个这样的技术，就是接近传感器的使用。虽然接近探测器和其他传感器可以提供可靠的结果，但是相对所需的应用程序，他们通常更复杂，更昂贵。一类简单的服务于人们的安全传感器就是触觉传感器。
触觉传感器通常提供给移动机器人可靠的与障碍碰撞的最后手段检测【1】。当所有其他非接触式传感器没有检测到任何障碍的原因时，这些机电传感器通过与阻碍对象的直接的身体接触实行检测。在触觉传感器嵌入的技术可能会涉及接点闭合（开关），磁，光电，压阻式，电容式，或超声波。在这些触觉传感器中，清道夫选择的触觉传感器使用了一个接点闭合开关。
触觉开关的外部机制，可以以不同的方式配置。一些常见的安排是金属须，天线，和保险杠。金属须和天线是自然的模仿，描绘了猫和昆虫如何使用它们。金属须或天线只有一端连接到传感器。然后当与一个障碍直接接触时，它就会使在检测结果中的传感器偏转。同样，保险杠可以连接到一个或多个传感器（通常是交换机），并在工作原理上与金属须相同。清道夫采用通过在它的身体周围摆上一圈细绳的保险杠配置（图2和3）。悬挂在两个开关上的线安装在离地平面约1.7’’的上的框架上。与机器人的侧边接触的障碍物只触发一个相应的开关，机器人前方的障碍物会把两个开关都触发。
6. 物体识别系统
物体识别，俗称模式识别，是阻碍了移动机器人技术研究进展的主要挑战之一。它是超越仅仅检测一个物体或障碍物的一步。模式识别的第一步是从一个或多个传感器收集来的信息的密集的处理，来构造物体的特征模式。然后，这种模式被比拟为一个能有效地识别的已知对象的数据特征。用于识别的一些基本特征是形状，大小，重量，颜色，结构和温度。更先进的特性包括反射，磁性，导电性，声学，温度梯度和辐射发射。大多数系统为提高准确性通常使用多个类型的模式。这需要非常强大的计算硬件和先进的算法，构建一个物体的特征模式。这种挑战有助于这些模式识别系统成本急剧膨胀的工业用机器人自动装配生产线。
图5. 用于检测范围的红外线发射器元件的电路示意图
清道夫的识别颜色鲜艳的高尔夫球的任务相当简单，只包括形状，大小，颜色和体重标准。最初出于简单的目的，一种纯粹的机械的鉴定形状和尺寸的设计方法是采用具有特殊的几何特征的金属线圈钩（智能钩）（见图7）。该技术通过物体与一个高尔夫球的已知的特性比较来确定物体的大小和形状。然后，智能钩子通过一套由四个辅助光色过滤器组成的设备以识别高尔夫球的颜色。最后，加载机制仔细调整到一个标准的高尔夫球的重量，以使如果抓住较重对象时，给机制供电的步进电机不会在取球时滑倒。图8显示了清道夫的智能
钩，颜色传感器，装载机构。
图7.方面，智能钩的侧视图和俯视图
6.1.智能钩
其主要目标是设计一个简单，重量轻，多用途的有助于两个物体识别和收集的机制。一个主要的重点在于提高设备的可重复使用性，并减少其重量。一些初步的设计概念包括视觉系统，电机驱动握紧机制，半球形杯。视觉系统的成本高，并要求强大的计算硬件，这使它的应用不切实际。同样，握紧机构和其他相关的想法都将被丢弃由于他们的尺寸和重量太大而不能接受。此外，这些机制在运动时需要至少两个自由度。这增加了要求有这些功能的控制系统和编程算法的复杂性。随后的设计都强调了抓取高尔夫球的勺子机构。用半球式杯舀起球比使用握紧机构更成功。但是，有一个球滚离杯的困难，而且卸载需要一个旋转杯子来放下球的具挑战性的任务。最后，带有不移动部分的智能钩设备被设计出来（图7）。智能
钩因此得名，因为它有优于原始的设计标准，并已推出了其他的带广泛影响的功能优势。
图8. 机器人的物体识别和收集系统的平面图
智能钩是机器人球收集机构的元件，这个收集机构可鉴定高尔夫求的形状和尺寸，并抓取球，把它们放进机器人的储存间。设计钩子的目的是鉴定一个标准高尔夫球，直径为40毫米，重45克。这个装置是由直径2毫米的钢丝构成，最初的形状类似于一个网球线。然后，形状通过严格的实验被调整到最佳的性能和稳定性。挂钩的特殊几何结构被限制于直径介于27和31毫米的球形。
6.2. 颜色检测
光色检测是一项往往使用摄像机，扫描仪和其他类似装置一起执行的任务。但他们的成本使得他们用在微型机器人身上就不切实际了，如清道夫。因此，另一种方法是从现成的零件上设计来找到一个低成本，低分辨率的色彩探测器（四色以上）。采用了一个小型彩色传感器，它是在一个没有任何规格和技术数据的商店购买的。经过广泛的测试后，记录的工序说明可从它们的操作原则上来理解。
这里采用的校准技术涉及从物体表面反射光的强度的测量【11】。这被反映的颜色光的测
量是通过使用四个光电阻传感器完成的。这些光电阻传感器被安装在彼此旁边，让所有的传
感器都能看到同一表面（图9）。每个传感器是用不同颜色的玻璃过滤器安装的，让每一个只能看到可见光谱的一部分。然后所有四个传感器的输出特性的结合提供了与发射到传感器上的颜色的一种特征关系。颜色的传感器的电路图如图9。光电阻器与连接到电源（+5V）的第一线圈相连，最后一个线圈与迷你板的模拟输入连接。图10显示了根据不同的颜色传感器的输出。例如，一个绿色的球会对应到一个0.87±0.01V的输出，而红球则对应
0.90±0.01V的输出。颜色传感器安装在智能勾的后面来探测钩中高尔夫球的颜色，并通知微控制器采取下一步行动。
7.物体收集系统
清道夫的特点之一是把它收集到的高尔夫球放进储物箱中。物体收集系统由智能钩，输油臂机构，步进电机和控制电子系统组成。当高尔夫球进入智能钩，其颜色由色传感器检测，由微处理器适当地确定。然后，程序启动步进电机，使输油臂向上转动90度，此时球通过智能钩的后面掉出。这一行动将高尔夫球存进清道夫的储物箱。
图9.用于检测高尔夫球颜色的颜色传感器和光源
虽然这一机制的双极步进电机可从迷你板直接驱动，本地的外部电机驱动器IC加上计时器被认为可以减少过程中消耗的能量（图11）。因此，装载机构的控制电子系统被减少来
满足只通过一个端口的短脉冲来启动荷载的要求。然后，机制自动复位，准备等待下一个球
的动作信号。调整该机制的扭矩以防物体的重量比标准的高尔夫球球重的情况。这就像一个机器人的体重标准。
图10.根据传感器上光谱的颜色传感器输出电压
8. 计算硬件和软件
在此工作中使用板是迷你板（Version 2.0），这是一个单板计算机用来控制小型直流电动机和接收数据来自各种电子传感器【3】。它被设计成围绕摩托罗拉微控制器（MCU）
MC68HC11E2，其中有8MH Z，256字节的RAM, 2K的EEPROM。因此，任务应以很少的编程执行。除了单片机，周边电子电路板的功能，如电机驱动器IC ，电压调节器和RS - 232串口线，使得控制小型移动机器人变为现实。使这个板成为清道夫最好的选择的功能是：
●其小巧的体积为86 × 51毫米（3.4*2.0’’, 大约一个信用卡的大小）。
●低功耗
●可编程
●低成本
图11.收集机制的两相步进电机驱动电路
C语言已经被用于开发要求控制各子系统的组成元件的独立的方案。这些例程代表了机器人的基本反应行为，可归纳为五大类：漫步，确定，收集，警报和避障。清道夫的整体智力包括这些简单而原始的以一个包容结构排列的反应行为层。
9. 结果与讨论
清道夫的平台，是市售的电池操作玩具（即成本约20美元）修改的，以最小的改变容纳其他组件。如加载机制，色彩传感器，红外探测器系列，接近探测器开关和微控制器的元件被添加到硬件，同时保持了原有的大部分部件的使用。为每个子系统开发的控制和接口电路被本地化成其相应的组件。一旦组件和子系统被开发，每个的性能都要单独进行测试。这种组织方式，通过提供一个选则来独立运行各子系统，大大降低了故障排除时间。
从测试来的结果令人满意，整个机器人系统仅通过在子系统堵漏来构建。然后，机器人（SCAVENGER），准备编程和测试构成机器人整体系统的子系统间的相互作用（图12）。这些独立的程序是用C语言开发的来控制子系统的各组成部分。这些例程相结合来形成机器人的基本反应行为，它们是：漫步，确定，收取，谨慎和避免。清道夫的整体智力包括这些简单而原始的以一个包容结构排列的反应行为层。程序的行为以优先顺序判断如下：避免，谨慎，确定，收集和漫步。
实现机器人的人工智能和包容结构需要对整个系统的性能仔细的分析来优化系统资源
的使用。由于尺寸和重量限制，移动机器人有些资源匮乏，如有限的计算和电池的能力。该
机器人在各种情况下进行了测试，可观察到它的成就及弱点。然而，这一步，，定义了硬件设计和开发的结束，因为机器人可以很容易地进行修改，通过改变其控制软件来完成更复杂的任务。
该移动机器人的一般功能，是在一个不精确控制的环境中自主导航，搜索目标对象（绿球），识别它，并执行指定的任务，同时避免其他障碍物体。该机器人被编程来确定绿色球为友好的，并对探测到的绿球作出反应，把它们收集到储存箱。同样，红色和黄色，分别代表危险和谨慎，触发各自的反应。该机器人从红球处迅速倒退，把黄球向前推一段距离，远离他们。
如果机器人遇到一个无法识别的对象，就认为它是一个障碍。如果障碍是足够小（高度上小于38毫米（1.5’’）），机器人能容易地爬上它。在（高度大于42毫米（1.7’’））大型物件的情况下，机器人通过倒退转弯离开他们来躲避它们。
图12.机器人的组件安排示意图
移动机器人的关键技术分为以下三种: (1)导航技术 导航技术是移动机器人的一项核心技术之一[3,4]"它是指移动机器人通过传感器感知环境信息和自身状态,实现在有障碍的环境中面向目标的自主运动"目前,移动机器人主要的导航方式包括:磁导航,惯性导航,视觉导航等"其中,视觉导航15一7]通过摄像头对障碍物和路标信息拍摄,获取图像信息,然后对图像信息进行探测和识别实现导航"它具有信号探测范围广,获取信息完整等优点,是移动机器人导航的一个主要发展方向,而基于非结构化环境视觉导航是移动机器人导航的研究重点。 (2)多传感器信息融合技术多传感器信息融合技术是移动机器人的关键技术之一,其研究始于20世纪80年代18,9]"信息融合是指将多个传感器所提供的环境信息进行集成处理,形成对外部环境的统一表示"它融合了信息的互补性,信息的冗余性,信息的实时性和信息的低成本性"因而能比较完整地,精确地反映环境特征,从而做出正确的判断和决策,保证了机器人系统快速性,准确性和稳定性"目前移动机器人的多传感器融合技术的研究方法主要有:加权平均法,卡尔曼滤波,贝叶斯估计,D-S证据理论推理,产生规则,模糊逻辑,人工神经网络等"例如文献[10]介绍了名为Xavier的机器人,在机器人上装有多种传感器,如激光探测器!声纳、车轮编码器和彩色摄像机等,该机器人具有很高的自主导航能力。 (3)机器人控制器作为机器人的核心部分,机器人控制器是影响机器人性能的关键部分之一"目前,国内外机器人小车的控制系统的核心处理器,己经由MCS-51、80C196等8位、16位微控制器为主,逐渐演变为DSP、高性能32位微控制器为核心构成"由于模块化系统具有良好的前景,开发具有开放式结构的模块化、标准化机器人控制器也成为当前机器人控制器的一个研究热点"近几年,日本!美国和欧洲一些国家都在开发具有开放式结构的机器人控制器,如日本安川公司基于PC开发的具有开放式结构!网络功能的机器人控制器"我国863计划智能机器人主题也已对这方面的研究立项 视觉导航技术分类 机器人视觉被认为是机器人重要的感觉能力，机器人视觉系统正如人的眼睛一样,是机器人感知局部环境的重要“器官”,同时依此感知的环境信息实现对机器人的导航。机器人视觉信息主要指二维彩色CCD摄像机信息,在有些系统中还包括三维激光雷达采集的信息。视觉信息能否正确、实时地处理直接关系到机器人行驶速度、路径跟踪以及对障碍物的避碰,对系统的实时性和鲁棒性具有决定性的作用。视觉信息处理技术是移动机器人研究中最为关键的技术之一。
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Structure design of wheeled mobile robots Abstract:with the robot technology in an alien exploration, field survey, military and security new areas to be increasingly widely adopted, robot technology by indoor, outdoor by fixed, to move towards artificial environment, the artificial environment. This topic is the basic link, robot design for the follow-up about robots can provide valuable reference and useful ideas platform. This article summarizes the existing robot mobile platform development status and trends of operating the arm structure and principle of common, According to the selected scheme of mechanical arm with ontology omni-directional mobile robots designed, including the design of all-round wheel rotating mechanism, wheel steering mechanism of design and the design of robot manipulator. Request to change direction, move the omni-directional mobile institution, can quickly and effectively flexible the reaches the specified location; Mechanical arm operation scope, sports flexible, simple and compact structure and size is small, can quickly and accurately completed tasks. The design is completed to analyze the performance of the omni-directional mobile institutions for subsequent research, provide reliable reference and basis. Keywords: Robot mobile platform manipulator simple accurate and quick
本技术公开了一种移动机器人的目标跟随控制方法，包括步骤：在移动机器人上设置三角摄像机组，且分配对应ID号和视角范围；采集获得跟随目标身份特征，及将其上传和存储；检测待跟随目标的身份特征及上传至云服务器，由云服务器特征匹配，匹配成功时确定和锁定该待跟随目标为跟随目标；人对所锁定跟随目标跟踪，获得跟随目标与移动机器人的相对方向；对所锁定跟随目标实时检测，计算获得相对距离；根据所获得跟随目标与移动机器人的相对方向、相对距离确定运动路线，及根据运动路线控制移动机器人向跟随目标运动。本技术具备更高的特征检测功能和更高程度的自动化控制功能，可更好地用于机器人跟随过程。 权利要求书 1.一种移动机器人的目标跟随控制方法，其特征在于，包括步骤： 在移动机器人上设置三角摄像机组，且为每个摄像机分配对应ID号和视角范围； 采集获得跟随目标身份特征，及将其上传和存储至云服务器； 所述移动机器人利用三角摄像机组检测待跟随目标的身份特征及上传至云服务器，由云服务
器根据上传的身份特征与所存储跟随目标身份特征匹配，在匹配成功时确定和锁定该待跟随目标为跟随目标； 所述移动机器人对所锁定跟随目标实时跟踪，提取跟随目标所在摄像机的ID号和视角范围；对所提取视角范围进行分区设置，确定跟随目标所在分区位置；由所述摄像机的ID号和跟随目标所在分区位置获得跟随目标与移动机器人的相对方向； 所述移动机器人对所锁定跟随目标实时检测，计算获得跟随目标与移动机器人的相对距离； 根据所获得跟随目标与移动机器人的相对方向、相对距离确定运动路线，及根据运动路线控制移动机器人向跟随目标运动，以实现对跟随目标的跟随； 以及，还包括判断所提取视角范围中跟随目标的位置是否发生偏离，及在发生偏离时控制移动机器人向跟随目标所偏离的方向转动；在发生偏离时，判断跟随目标是否出现在其他摄像机的视角范围中，及在出现于其他摄像机的视角范围中时进行跟随任务交接。 2.根据权利要求1所述移动机器人的目标跟随控制方法，其特征在于：所述方法采用窗口自适应的CamShift核密度估计算法对待跟随目标的人脸进行跟踪。 3.根据权利要求1所述移动机器人的目标跟随控制方法，其特征在于：所述方法采用基于Harr特征的Adaboost人脸检测算法对待跟随目标的人脸进行检测。 4.根据权利要求1所述移动机器人的目标跟随控制方法，其特征在于：所述方法还包括所述身份特征匹配失败时，由移动机器人发出提示警告。 5.根据权利要求1所述移动机器人的目标跟随控制方法，其特征在于：所述方法中移动机器人采用射频距离检测方法对所锁定跟随目标检测获得相对距离。 6.根据权利要求1所述移动机器人的目标跟随控制方法，其特征在于：所述方法还包括设置阈值，所述移动机器人根据阈值与相对距离的大小控制移动机器人运动。
毕业设计（论文）开题报告 题目轮式移动机器人的结构设计 专业名称机械设计制造及其自动化 班级学号 学生姓名 指导教师 填表日期2011 年 3 月 1 日
一、毕业设计（论文）依据及研究意义： 随着机器人技术在外星探索、野外考察、军事、安全等全新的领域得到日益广泛的采用，机器人技术由室内走向室外，由固定、人工的环境走向移动、非人工的环境。移动机器人已经成为机器人研究领域的一个重要分支。在军事、危险操作和服务业等许多场合得到应用，需要机器人以无线方式实时接受控制命令，以期望的速度、方向和轨迹灵活自如地移动。其中轮式机器人由于具有机构简单、活动灵活等特点尤为受到青睐。按照移动特性又可将移动机器人分为非全方位和全方位两种。而轮式移动机构的类型也很多，对于一般的轮式移动机构，都不能进行任意的定位和定向，而全方位移动机构则可以利用车轮所具有的定位和定向功能，实现可在二维平面上从当前位置向任意方向运动而不需要车体改变姿态，在某些场合有明显的优越性；如在较狭窄或拥挤的场所工作时，全方位移动机构因其回转半径为零而可以灵活自由地穿行。另外，在许多需要精确定位和高精度轨迹跟踪的时候，全方位移动机构可以对自己的位置进行细微的调整。由于全方位轮移动机构具有一般轮式移动机构无法取代的独特特性，对于研究移动机器人的自由行走具有重要意义，成为机器人移动机构的发展趋势。基于以上所述，本文从普遍应用出发，设计一种带有机械手臂的全方位运动机器人平台，该平台能够沿任何方向运动，运动灵活，机械手臂使之能够执行预定的操作。本文是机器人设计的基本环节，能够为后续关于机器人的研究提供有价值的平台参考和有用的思路。 二、国内外研究概况及发展趋势 2.1 国外全方位移动机器人的研究现状 国外很多研究机构开展了全方位移动机器人的研制工作，在车轮设计制造，机器人上轮子的配置方案，以及机器人的运动学分析等方面，进行了广泛的研究，形成了许多具有不同特色的移动机器人产品。这方面日本、美国和德国处于领先地位。八十年代初期，美国在DARPA的支持下，卡内基·梅隆大学（Carnegie Mellon university,CUM）、斯坦福（Stanford）和麻省理工（Massachusetts Institute of Technology,MIT）等院校开展了自主移动车辆的研究，NASA下属的Jet Propulsion Laboratery(JPL)也开展了这方面的研究。CMU机器人研究所研制的Navlab-1和Navlab-5系列机器人代表了室外移动机器人的发展方向。德国联邦国防大学和奔驰公司于二十世纪九十年代研制成VaMoRs-P移动机器人。其车体采用奔驰500轿车。传感器系统包括：4个小型彩色CCD摄像机，构成两 组主动式双目视觉系统；3个惯性线性加速度计和角度变化传感器。SONY公司1999年推
课程考试复习题及参考答案 一、名词解释题： 1. 自由度：指描述物体运动所需要的独立坐标数。 2. 机器人工作载荷：机器人在规定的性能范围内，机械接口处能承受的最大负载量（包括手部）。 3. 柔性手：可对不同外形物体实施抓取，并使物体表面受力比较均匀的机器人手部结构。 4. 制动器失效抱闸：指要放松制动器就必须接通电源，否则，各关节不能产生相对运动。 5. 机器人运动学：从几何学的观点来处理手指位置与关节变量的关系称为运动学。 6. 机器人动力学：机器人各关节变量对时间的一阶导数、二阶导数与各执行器驱动力或力矩之间的关系， 即机器人机械系统的运动方程。 7. 虚功原理：约束力不作功的力学系统实现平衡的必要且充分条件是对结构上允许的任意位移（虚位移） 施力所作功之和为零。 8. PWM 驱动：脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation ）驱动。 9. 电机无自转：控制电压降到零时，伺服电动机能立即自行停转。 10. 直流伺服电机的调节特性：是指转矩恒定时，电动机的转速随控制电压变化的关系。 11. 直流伺服电机的调速精度：指调速装置或系统的给定角速度与带额定负载时的实际角速度之差，与给 定转速之比。 12. PID 控制：指按照偏差的比例（P , proportional ）、积分（I, integral ）、微分（D, derivative ）进行控制。 13. 压电元件：指某种物质上施加压力就会产生电信号，即产生压电现象的元件。 14. 图像锐化：突出图像中的高频成分，使轮廓增强。 15. 隶属函数：表示论域U 中的元素u 属于模糊子集A 的程度，在[0, 1]闭区间内可连续取值。 16. BP 网络：BP (Back Propagation)神经网络是基于误差反向传播算法的人工神经网络。 17. 脱机编程：指用机器人程序语言预先进行程序设计，而不是用示教的方法编程。 18. AUV ：Autonomous Underwater Vehicle 无缆自治水下机器人，或自动海底车。 二、简答题： 1.机器人学主要包含哪些研究内容 答：机器人研究的基础内容有以下几方面：(1) 空间机构学；(2) 机器人运动学；(3) 机器人静力学；(4) 机器人动力学；(5) 机器人控制技术；(6) 机器人传感器；(7) 机器人语言。 2.机器人常用的机身和臂部的配置型式有哪些 答：目前常用的有如下几种形式：(1) 横梁式。机身设计成横梁式，用于悬挂手臂部件，具有占地面积小，能有效地利用空间，直观等优点。(2) 立柱式。多采用回转型、俯仰型或屈伸型的运动型式，一般臂部都可在水平面内回转，具有占地面积小而工作范围大的特点。(3) 机座式。可以是独立的、自成系统的完整装置，可随意安放和搬动。也可以具有行走机构，如沿地面上的专用轨道移动，以扩大其活动范围。(4) 屈伸式。臂部由大小臂组成，大小臂间有相对运动，称为屈伸臂，可以实现平面运动，也可以作空间运动。 3.拉格朗日运动方程式的一般表示形式与各变量含义 答：拉格朗日运动方程式一般表示为： d d L L τt q q ????- = ????? & 式中，q 是广义坐标；τ是广义力。L 是拉格朗日算子，表示为 L K P =- 这里， K 是动能；P 是位能。 4.机器人控制系统的基本单元有哪些 答：构成机器人控制系统的基本要素包括： (1) 电动机，提供驱动机器人运动的驱动力。(2) 减速器，为了增加驱动力矩、降低运动速度。(3) 驱动电路，由于直流伺服电动机或交流伺服电动机的流经电流较大，
机器人上用的传感器的介绍 作者：Ricky 文章来源：https://www.doczj.com/doc/4e6138542.html,更新时间：2006年05月20日打印此文浏览数：18549 感知系统是机器人能够实现自主化的必须部分。这一章，将介绍一下移动机器人中所采用的传感器以及如何从传感器系统中采集所需要的信号。 根据传感器的作用分，一般传感器分为： 内部传感器（体内传感器）：主要测量机器人内部系统，比如温度，电机速度，电机载荷，电池电压等。 外部传感器（外界传感器）：主要测量外界环境，比如距离测量，声音，光线。 根据传感器的运行方式，可以分为： 被动式传感器：传感器本身不发出能量，比如CCD，CMOS摄像头传感器，靠捕获外界光线来获得信息。 主动式传感器：传感器会发出探测信号。比如超声波，红外，激光。但是此类传感器的反射信号会受到很多物质的影响，从而影响准确的信号获得。同时，信号还狠容易受到干扰，比如相邻两个机器人都发出超声波，这些信号就会产生干扰。 传感器一般有以下几个指标： 动态范围：是指传感器能检测的范围。比如电流传感器能够测量1mA－20A的电流，那么这个传感器的测量范围就是10log（20/0.001)=43dB. 如果传感器的输入超出了传感器的测量范围，那么传感器就不会显示正确的测量值了。比如超声波传感器对近距离的物体无法测量。 分辨率：分辨率是指传感器能测量的最小差异。比如电流传感器，它的分辨率可能是5mA，也就是说小于5mA的电流差异，它没法检测出。当然越高分辨率的传感器价格就越贵。 线性度：这是一个非常重要的指标来衡量传感器输入和输出的关系。 频率：是指传感器的采样速度。比如一个超声波传感器的采样速度为20HZ，也就是说每秒钟能扫描20次。 下面介绍一下常用的传感器： 编码器：主要用于测量电机的旋转角度和速度。任何用电机的地方，都可以用编码器来作为传感器来获得电机的输出。
一、毕业设计（论文）依据及研究意义： 随着机器人技术在外星探索、野外考察、军事、安全等全新的领域得到日益广泛的采用，机器人技术由室内走向室外，由固定、人工的环境走向移动、非人工的环境。移动机器人已经成为机器人研究领域的一个重要分支。在军事、危险操作和服务业等许多场合得到应用，需要机器人以无线方式实时接受控制命令，以期望的速度、方向和轨迹灵活自如地移动。其中轮式机器人由于具有机构简单、活动灵活等特点尤为受到青睐。按照移动特性又可将移动机器人分为非全方位和全方位两种。而轮式移动机构的类型也很多，对于一般的轮式移动机构，都不能进行任意的定位和定向，而全方位移动机构则可以利用车轮所具有的定位和定向功能，实现可在二维平面上从当前位置向任意方向运动而不需要车体改变姿态，在某些场合有明显的优越性；如在较狭窄或拥挤的场所工作时，全方位移动机构因其回转半径为零而可以灵活自由地穿行。另外，在许多需要精确定位和高精度轨迹跟踪的时候，全方位移动机构可以对自己的位置进行细微的调整。由于全方位轮移动机构具有一般轮式移动机构无法取代的独特特性，对于研究移动机器人的自由行走具有重要意义，成为机器人移动机构的发展趋势。基于以上所述，本文从普遍应用出发，设计一种带有机械手臂的全方位运动机器人平台，该平台能够沿任何方向运动，运动灵活，机械手臂使之能够执行预定的操作。本文是机器人设计的基本环节，能够为后续关于机器人的研究提供有价值的平台参考和有用的思路。 二、国内外研究概况及发展趋势 2.1 国外全方位移动机器人的研究现状 国外很多研究机构开展了全方位移动机器人的研制工作，在车轮设计制造，机器人上轮子的配置方案，以及机器人的运动学分析等方面，进行了广泛的研究，形成了许多具有不同特色的移动机器人产品。这方面日本、美国和德国处于领先地位。八十年代初期，美国在DARPA的支持下，卡内基·梅隆大学（Carnegie Mellon university,CUM）、斯坦福（Stanford）和麻省理工（Massachusetts Institute of Technology,MIT）等院校开展了自主移动车辆的研究，NASA下属的Jet Propulsion Laboratery(JPL)也开展了这方面的研究。CMU机器人研究所研制的Navlab-1和Navlab-5系列机器人代表了室外移动机器人的发展方向。德国联邦国防大学和奔驰公司于二十世纪九十年代研制成VaMoRs-P移动机器人。其车体采用奔驰500轿车。传感器系统包括：4个小型彩色CCD摄像机，构成两 组主动式双目视觉系统；3个惯性线性加速度计和角度变化传感器。SONY公司1999年推
基于ROS 平台的移动机器人的设计与运动仿真摘要：ROS 究竟是如何工作的呢？ROS 中每一套算法是独立的一个包，包与包之间的数据交换主要采用TCP/IP 协议（对用户隐藏，用户需要发布或订阅主题以提供或取得数据），采用这种形式是由于ROS 的算法包是由全世界不同的个人，学校或实验室贡献的，这样做可以降低耦合性，如果一个node 崩溃不会影响到其他。基于ROS 这个平台，有助于提高开发设计的效率及降低成本。本论文主要阐述了基于ROS 平台移动机器人设计的基本原理和方法，并对移动机器人进行了运动仿真，得到其运动轨迹和控制方法，为后续项目的进一步研究打下了一定的基础。 0引言 ROS 被称为机器人操作系统，其实ROS 充当的是通信中间件的角色，即在已有操作系统的基础上搭建了一整套针对机器人系统的实现框架。ROS 还提供一组实用工具和软件库，用于维护、构建、编写和执行可用于多个计算平台的软件代码。 值得一提的是，ROS 的设计者考虑到各开发者使用的开发语言不同，因此ROS 的开发语言独立，支持C++，Python 等多种开发语言。因此，除了官方提供的功能包之外，ROS 还聚合了全世界开发者实现的大量开源功能包，如思岚科技（SLAMTEC）就发布了针对其 自主研发的激光雷达RPLIDAR 的ROS 功能包rplidar_ros。这些开源功能包与ROS 一起构成了强大的开源生态环境。 ROS 的系统结构设计也颇有特色，ROS 运行时是由多个松耦合的进程组成，每个进程ROS 称之为节点（Node），所有节点可以运行在一个处理器上，也可以分布式运行在多个处理器上。在实际使用时，这种松耦合的结构设计可以让开发者根据机器人所需功能灵活添加各个功能模块。 1理论分析 1.1控制电机转动 电机的控制我们分为两部分，一部分为电机转动方向的控制，另一个为电机转速的控制。电机转动的方向我们用两个MCU 引脚来控制，假如PIN_A=1，PIN_B=0 时，电机正转； PIN_A=0，PIN_B=1 时，电机反转；PIN_A=0，PIN_B=0 时，电机停止。电机速度的控制则需要一个PWM 输出引脚，我们通过控制输出不同的PWM 值来控制电机转动的速度。
机器人最实用的10种传感器盘点 随着智能化的程度提高，机器人传感器应用越来越多。智能机器人主要有交互机器人、传感机器人和自主机器人3种。从拟人功能出发，视觉、力觉、触觉最为重要，早已进入实用阶段，听觉也有较大进展，其它还有嗅觉、味觉、滑觉等，对应有多种传感器，所以机器人传感产业也形成了生产和科研力量。 内传感器 机器介机电一体化的产品，内传感器和电机、轴等机械部件或机械结构如手臂（Arm）、手腕（Wrist）等安装在一起，完成位置、速度、力度的测量，实现伺服控制。 位置（位移）传感器 直线移动传感器有电位计式传感器和可调变压器两种。角位移传感器有电位计式、可调变压器（旋转变压器）及光电编码器三种，其中光电编码器有增量式编码器和绝对式编码器。增量式编码器一般用于零位不确定的位置伺服控制，绝对式编码器能够得到对应于编码器初始锁定位置的驱动轴瞬时角度值，当设备受到压力时，只要读出每个关节编码器的读数，就能够对伺服控制的给定值进行调整，以防止机器人启动时产生过剧烈的运动。 速度和加速度传感器 速度传感器有测量平移和旋转运动速度两种，但大多数情况下，只限于测量旋转速度。利用位移的导数，特别是光电方法让光照射旋转圆盘，检测出旋转频率和脉冲数目，以求出旋转角度，及利用圆盘制成有缝隙，通过二个光电二极管辨别出角速度，即转速，这就是光电脉冲式转速传感器。此外还有测速发电机用于测速等。 应变仪即伸缩测量仪，也是一种应力传感器，用于加速度测量。加速度传感器用于测量工业机器人的动态控制信号。一般有由速度测量进行推演、已知质量物体加速度所产生动力，即应用应变仪测量此力进行推演，还有就是下面所说的方法： 与被测加速度有关的力可由一个已知质量产生。这种力可以为电磁力或电动力，最终简化为对电流的测量，这就是伺服返回传感器，实际又能有多种振动式加速度传感器。
六自由度机器人结构设计、 运动学分析及仿真 学科：机电一体化 姓名：袁杰 指导老师：鹿毅 答辩日期： 2012.6 摘要 近二十年来，机器人技术发展非常迅速，各种用途的机器人在各个领域广泛获 得应用。我国在机器人的研究和应用方面与工业化国家相比还有一定的差距，因此 研究和设计各种用途的机器人特别是工业机器人、推广机器人的应用是有现实意义 的。 典型的工业机器人例如焊接机器人、喷漆机器人、装配机器人等大多是固定在 生产线或加工设备旁边作业的，本论文作者在参考大量文献资料的基础上，结合项 目的要求，设计了一种小型的、固定在AGV 上以实现移动的六自由度串联机器人。 首先，作者针对机器人的设计要求提出了多个方案，对其进行分析比较，选择
其中最优的方案进行了结构设计；同时进行了运动学分析，用D-H 方法建立了坐标变换矩阵，推算了运动方程的正、逆解；用矢量积法推导了速度雅可比矩阵，并计算了包括腕点在内的一些点的位移和速度；然后借助坐标变换矩阵进行工作空间分析，作出了实际工作空间的轴剖面。这些工作为移动式机器人的结构设计、动力学分析和运动控制提供了依据。最后用ADAMS 软件进行了机器人手臂的运动学仿真，并对其结果进行了分析，对在机械设计中使用虚拟样机技术做了尝试，积累了 经验。 第1 章绪论 1.1 我国机器人研究现状 机器人是一种能够进行编程，并在自动控制下执行某种操作或移动 作业任务的机械装置。 机器人技术综合了机械工程、电子工程、计算机技术、自动控制及 人工智能等多种科学的最新研究成果，是机电一体化技术的典型代表，是当代科技发展最活跃的领域。机器人的研究、制造和应用正受到越来越多的国家的重视。近十几年来，机器人技术发展非常迅速，各种用途的机器人在各个领域广泛获得应用。 我国是从 20 世纪80 年代开始涉足机器人领域的研究和应用的。1986年，我国开展了“七五”机器人攻关计划。1987 年，我国的“863”计划将机器人方面的研究列入其中。目前，我国从事机器人的应用开发的主要是高校和有关科研院所。最初我国在机器人技术方面的主要
毕业设计说明书 作者：学号： 系：机械工程学院 专业：机械设计制造及其自动化 题目：四足仿生移动机器人结构设计 指导者：副教授 评阅者：
目次 1 概述 ................................................ 错误！未定义书签。 1.1 绪论........................................... 错误！未定义书签。 1.2 国内外研究现状及关键技术....................... 错误！未定义书签。 1.3 本课题主要研究内容............................. 错误！未定义书签。 2 四足仿生移动机器人的结构设计原则及要求 ............... 错误！未定义书签。 2.1 四足仿生移动机器人的总体方案确定............... 错误！未定义书签。 2.2 机器人机械结构及传动设计....................... 错误！未定义书签。 3 电机的确定 .......................................... 错误！未定义书签。 3.1 各关节最大负载转矩计算......................... 错误！未定义书签。 3.2 机器人驱动方案的对比分析及选择................. 错误！未定义书签。 3.3 驱动电机的选择................................. 错误！未定义书签。 4. 带传动设计 .......................................... 错误！未定义书签。 4.1 各参数设计及计算............................... 错误！未定义书签。 4.2 带型选择及带轮设计............................. 错误！未定义书签。5工作装置的强度校核.................................... 错误！未定义书签。 5.1 轴的强度校核................................... 错误！未定义书签。 5.2 轴承的选型..................................... 错误！未定义书签。结论 ................................................. 错误！未定义书签。参考文献 ............................................ 错误！未定义书签。致谢 ................................................. 错误！未定义书签。
大学 毕业设计说明书题目：轮式移动机器人结构设计 专业：机械设计制造及其自动化学号： 姓名： 指导教师： 完成日期： 2012年5月30日
大学 毕业论文（设计）任务书论文（设计）题目：轮式移动机器人结构设计 学号：姓名：专业：机械设计制造及其自动化指导教师：系主任： 一、主要内容及基本要求 1：了解轮式移动机器人的原理及其设计： 2：CAD绘图设计，要求A0图纸一张，总共达到两张A0。 3：说明书，要求6000字以上，要求内容完整，计算准确： 4：外文翻译3000字以上，要求语句通顺。 二、重点研究的问题 1：轮式移动机器人转向机构的设计： 2：轮式移动机器人电机的选型
三、进度安排 四、应收集的资料及主要参考文献 [1] 吕伟文.全方位轮移动机构的原理和应用[A].无锡职业技术学院学报,2005，615-17. [2] 赵东斌,易建强等.全方位移动机器人结构和运动分析[B].机器人,2003,9. [3] 李瑞峰,孙笛生,闫国荣等.移动式作业型智能服务机器人的研制[J].机器人技术与应 用,2003,1:27-29. [4] 杨树风.带有机械臂的全方位移动机器人的研制. 哈尔滨工业大学硕士毕业论文，2006. [5] 田宇,吴镇炜,柳长春.开放式三自由度全方位移动机器人实验平台[J].机器人,2002,24 （2）:102-106. [6] 闫国荣，张海兵.一种新型轮式全方位移动机构[J].哈尔滨工业大学学报，2001,33（6）:854-857. [7] 吕伟文.全方位移动机构的机构设计[A].无锡职业技术学院学报，2006.12：03-12. [8] 高光敏,张广新,王宇等.一种新型全方位轮式移动机器人的模型研究[A].长春工程学院学 报,2006,12. [9] 吴玉香，胡跃明.轮式移动机械臂的建模与仿真研究[B].计算机仿真，2006,1（05）. [10] 付宜利,徐贺,王树国.具有新型轮式走行部的移动机器人及其特性研究.高技术通信,2004,12. [11] 付宜利,李寒,徐贺等.轮式全方位移动机器人几种转向方式的研究.制造业自动化,2005,10:5-33. [12] 滕鹏,马履中,董学哲.具有冗余自由度的新型护理机械臂研究.机械设计与研究,2004,1:3-32. [13] 孔繁群，朱方国，周骥平.一种机械手关节联接结构的改进设计[B].机械制造与研究，2005,5:2-16. [14] 蔡自兴编著.机器人原理及其应用. 中南工业大学出版社，1988. [15] 吴广玉，姜复兴编.机器人工程导论.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1988. 大学
: 课程考试复习题及参考答案 一、名词解释题： 1. 自由度：指描述物体运动所需要的独立坐标数。 2. 机器人工作载荷：机器人在规定的性能范围内，机械接口处能承受的最大负载量（包括手部）。 3. 柔性手：可对不同外形物体实施抓取，并使物体表面受力比较均匀的机器人手部结构。 4. 制动器失效抱闸：指要放松制动器就必须接通电源，否则，各关节不能产生相对运动。 5. 机器人运动学：从几何学的观点来处理手指位置与关节变量的关系称为运动学。 6. 机器人动力学：机器人各关节变量对时间的一阶导数、二阶导数与各执行器驱动力或力矩之间的关系， 即机器人机械系统的运动方程。 7. [ 8. 虚功原理：约束力不作功的力学系统实现平衡的必要且充分条件是对结构上允许的任意位移（虚位移） 施力所作功之和为零。 9. PWM 驱动：脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation ）驱动。 10. 电机无自转：控制电压降到零时，伺服电动机能立即自行停转。 11. 直流伺服电机的调节特性：是指转矩恒定时，电动机的转速随控制电压变化的关系。 12. 直流伺服电机的调速精度：指调速装置或系统的给定角速度与带额定负载时的实际角速度之差，与给 定转速之比。 13. PID 控制：指按照偏差的比例（P, proportional ）、积分（I, integral ）、微分（D, derivative ）进 行控制。 14. 压电元件：指某种物质上施加压力就会产生电信号，即产生压电现象的元件。 15. 图像锐化：突出图像中的高频成分，使轮廓增强。 16. 。 17. 隶属函数：表示论域U 中的元素u 属于模糊子集A 的程度，在[0, 1]闭区间内可连续取值。 18. BP 网络：BP (Back Propagation)神经网络是基于误差反向传播算法的人工神经网络。 19. 脱机编程：指用机器人程序语言预先进行程序设计，而不是用示教的方法编程。 20. AUV ：Autonomous Underwater Vehicle 无缆自治水下机器人，或自动海底车。 二、简答题： 1.机器人学主要包含哪些研究内容 答：机器人研究的基础内容有以下几方面：(1) 空间机构学；(2) 机器人运动学；(3) 机器人静力学；(4) 机器人动力学；(5) 机器人控制技术；(6) 机器人传感器；(7) 机器人语言。 2.机器人常用的机身和臂部的配置型式有哪些 ： 答：目前常用的有如下几种形式：(1) 横梁式。机身设计成横梁式，用于悬挂手臂部件，具有占地面积小，能有效地利用空间，直观等优点。(2) 立柱式。多采用回转型、俯仰型或屈伸型的运动型式，一般臂部都可在水平面内回转，具有占地面积小而工作范围大的特点。(3) 机座式。可以是独立的、自成系统的完整装置，可随意安放和搬动。也可以具有行走机构，如沿地面上的专用轨道移动，以扩大其活动范围。(4) 屈伸式。臂部由大小臂组成，大小臂间有相对运动，称为屈伸臂，可以实现平面运动，也可以作空间运动。 3.拉格朗日运动方程式的一般表示形式与各变量含义 答：拉格朗日运动方程式一般表示为： d d L L τt q q ????- = ????? 式中，q 是广义坐标；τ是广义力。L 是拉格朗日算子，表示为 L K P =-
毕业设计（论文）中文题目：清扫机器人结构设计 学习中心（函授站）：江阴 专业：机械设计及自动化 姓名：夏成 学号：CS051410248 指导教师：孙菊 南京航空航天大学 2016年5月 目录 中文摘要......................................................... I ABSTRACT ........................................................ II
第一章绪论 (1) 第一节研究的目的和意义 (1) 第二节设计的重点和难点 (1) 第三节家庭清扫机器人的关键技术 (1) 第四节论文主要完成工作 (2) 第二章总体结构设计 (3) 第一节整体结构布局 (3) 第二节驱动部分 (4) 第三节吸尘部分 (6) 第四节电源部分 (6) 第五节路径规划算法 (6) 第六节仿真结果 (8) 第三章硬件控制部分设计 (9) 第一节 AT89系列单片机简介 (9) 第二节外围电路 (9) 结论 (11) 致谢 (12) 参考文献 (13) 题目：清扫机器人结构设计
中文摘要 摘要:清扫机器人属于服务机器人的一种，世界各国尤其是西方发达国家都在致力于研究开发和广泛使用服务机器人。如果清扫机器人的性价比足够高，那么清扫机器人的市场将会被看好。 本文介绍了清洁机器人在国内外发展现状和应用情况，侧重研究了清洁机器人的避障控制系统。结合实验室实际条件，设计了机器人样机。其主要工作内容包括:小车机械本体设计、控制理论的介绍、AT89C51单片机控制系统硬件电路及检测电路设计、控制系统软件设计和机器人避障性能测试试验。 通过实验表明所设计的机器人样机能够实现自主避碰的功能,达到设计要求。 关键词:清洁机器人避障 AT89C51单片机
智能移动式送料机器人机械系统设计 摘要：智能移动式送料机器人以电动机作为驱动系统，运用单片机传感器等技术达到其智能移动的目的，实现行走、刹车、伸缩、回转等多种动作的操作。因此它具有机械化、程序化、可控化、适应性、灵活性强的特点。 前言：工业机器人是一种典型的机电一体化产品在现代生产中应用日益广泛，作用越来越重要，机器人技术是综合了计算机、控制、机构学、传感技术等多学科而形成的高新技术是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。
现在，国际上对机器人的概念已经逐渐趋近一致。一般说来，人们都可以接受这种说法，即机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义：“一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。”我国研制的排爆机器人不仅可以排除炸弹，利用它的侦察传感器还可监视犯罪分子的活动。监视人员可以在远处对犯罪分子昼夜进行观察，监听他们的谈话，不必暴露自己就可对情况了如指掌。 智能小车，又称轮式机器人，可以在人类无法
适应的恶劣和危险环境中代替人工作。它是一个集环境感知，规划决策，自动驾驶等功能于一体的智能系统。现如今已在诸多领域有广泛的应用。对于快要毕业的大学生来说也是一个实时、富有意义和挑战的设计课题。 正文： 设计方案： 一课题名称：智能移动式送料机器人设计 二机器人工作过程及设计要求 自主设计智能移动小车，设计一个取料 手爪装配到小车上，完成取料机器人的机械系统设计，并进行机器人运动规划和取料虚拟仿真，使机
器人完成如下动作：沿规定路径行驶——工件夹取——车体旋转——手爪张开，将工件从储存处送到运料车上。 三机器人设计的内容 一机械手的设计：
河工大 毕业设计说明书 作者：学号： 系：机械工程学院 专业：机械设计制造及其自动化 题目：四足仿生移动机器人结构设计 指导者：张副教授 评阅者： 2013年 5月 29日
目次 1 概述 ................................................ 错误！未定义书签。 1.1 绪论........................................... 错误！未定义书签。 1.2 国内外研究现状及关键技术....................... 错误！未定义书签。 1.3 本课题主要研究内容............................. 错误！未定义书签。 2 四足仿生移动机器人的结构设计原则及要求 ............... 错误！未定义书签。 2.1 四足仿生移动机器人的总体方案确定............... 错误！未定义书签。 2.2 机器人机械结构及传动设计....................... 错误！未定义书签。 3 电机的确定 .......................................... 错误！未定义书签。 3.1 各关节最大负载转矩计算......................... 错误！未定义书签。 3.2 机器人驱动方案的对比分析及选择................. 错误！未定义书签。 3.3 驱动电机的选择................................. 错误！未定义书签。 4. 带传动设计 .......................................... 错误！未定义书签。 4.1 各参数设计及计算............................... 错误！未定义书签。 4.2 带型选择及带轮设计............................. 错误！未定义书签。5工作装置的强度校核.................................... 错误！未定义书签。 5.1 轴的强度校核................................... 错误！未定义书签。 5.2 轴承的选型..................................... 错误！未定义书签。结论 ................................................. 错误！未定义书签。参考文献 ............................................ 错误！未定义书签。致谢 ................................................. 错误！未定义书签。
智能机器人中最实用的10种霍尼韦尔传感器盘点 随着智能化的程度提高，机器人传感器产品应用越来越多。智能机器人主要有交互机器人、传感机器人和自主机器人3种。从拟人功能出发，视觉、力觉、触觉最为重要，早已进入实用阶段，听觉也有较大进展，其它还有嗅觉、味觉、滑觉等，对应有多种传感器，所以机器人传感产业也形成了生产和科研力量，泰德兰电子科技中霍尼韦尔（honeywell）传感器在智能机器人中有哪些应用呢？ 内传感器 机器介机电一体化的产品，内传感器产品和电机、轴等机械部件或机械结构如手臂（Arm）、手腕（Wrist）等安装在一起，完成位置、速度、力度的测量，实现伺服控制。 位置（位移）传感器 直线移动传感器有电位计式传感器和可调变压器两种。角位移传感器有电位计式、可调变压器（旋转变压器）及光电编码器三种，其中光电编码器有增量式编码器和绝对式编码器。增量式编码器一般用于零位不确定的位置伺服控制，绝对式编码器能够得到对应于编码器初始锁定位置的驱动轴瞬时角度值，当设备受到压力时，只要读出每个关节编码器的读数，就能够对伺服控制的给定值进行调整，以防止机器人启动时产生过剧烈的运动。 速度和加速度传感器 速度传感器有测量平移和旋转运动速度两种，但大多数情况下，只限于测量旋转速度。利用位移的导数，特别是光电方法让光照射旋转圆盘，检测出旋转频率和脉冲数目，以求出旋转角度，及利用圆盘制成有缝隙，通过二个光电二极管辨别出角速度，即转速，这就是光电脉冲式转速传感器。此外还有测速发电机用于测速等。
应变仪即伸缩测量仪，也是一种应力传感器，用于加速度测量。加速度传感器用于测量工业机器人的动态控制信号。一般有由速度测量进行推演、已知质量物体加速度所产生动力，即应用应变仪测量此力进行推演，还有就是下面所说的方法： 与被测加速度有关的力可由一个已知质量产生。这种力可以为电磁力或电动力，最终简化为对电流的测量，这就是伺服返回传感器，实际又能有多种振动式加速度传感器。 力觉传感器 力觉传感器用于测量两物体之间作用力的三个分量和力矩的三个分量。机器人中理想的传感器是粘接在依从部件的半导体应力计。具体有金属电阻型力觉传感器、半导体型力觉传感器、其它磁性压力式和利用弦振动原理制作的力觉传感器。 还有转矩传感器（如用光电传感器测量转矩）、腕力传感器（如国际斯坦福研究所的由6个小型差动变压器组成，能测量作用于腕部X、Y和Z三个方向的动力及各轴动转矩）等。 由于机器人发展历史较长，近年来普遍采用以交流永磁电动机为主的交流伺服系统，对应位置、速度等传感器大量应用的是：各种类型的光电编码器、磁编码器和旋转变压器。 外传感器 以往一般工业机器人是没有外部感觉能力的，而新一代机器人如多关节机器人，特别是移动机器人、智能机器人则要求具有校正能力和反应环境变化的能力，外传感器就是实现这些能力的。 触觉传感器 微型开关是接触传感器最常用型式，另有隔离式双态接触传感器（即双稳态开关半导体电路）、单模拟量传感器、矩阵传感器（压电元件的矩阵传感器、人工皮肤——变电导聚合物、光反射触觉传感器等）。 应力传感器 如多关节机器人进行动作时需要知道实际存在的接触、接触点的位置（定位）、接触的特性即估计受到的力（表征）这三个条件，所以用上节已指出的应变仪，结合具体应力检测的基本假设，如求出工作台面与物体间的作用力，具体有对环境装设传感器、对机器人腕部装设测试仪器用传动装置作为传感器等方法。 接近度传感器