1-10履带式机器人综述报告
- 格式:doc
- 大小:45.50 KB
- 文档页数:5
浙江理工大学本科毕业设计(论文)文献综述报告随着机器人应用领域日益扩大,自动化水平不断提高,特别是在水下、高空及危险的作业环境中, 迫切希望能给机器人末端赋予一个类似人手的通用夹持器,以便在危险、复杂及非结构化的环境中,适应抓取任意形状的物体,完成各种复杂细微操作任务的要求,机器人多指灵巧手正是为了适应这一需要而提出的[1] 。
2 国外多指手发展历史及研究成果目前,国内和国外都有一些非常有代表性的多指灵巧手被制造出来。
国外多指手的研究始于20 世纪70 年代,其中具有代表性的早期灵巧手有: 日本“电子技术实验室”的okada灵巧手[2]。
如图1 所示,该手有3个手指, 一个手掌, 拇指有3个自由度, 另两个手指各有4个自由度。
各自由度都由电机驱动,并由钢丝和滑轮完成运动和动力的传递。
这种手的灵巧性比较好, 但由于拇指只有3个自由度, 还不是最灵巧的手。
另外, 在结构上, 各个手指细长而单薄, 难以实现较大的抓取力和操作力[3]。
图1 okada 灵巧手美国斯坦福大学研制的stanford/jpl手,也是一种非常具有代表性的多指灵巧手。
如图2 所示,这种手没有手掌,共有3个手指,每根手指有3个关节,拇指相对另两个手指而立。
手指内采用的也是腱、滑轮传动方法。
这种手的自由度较少,易于设计、制造和控制,所以,目前对这种手的研究比较多,也出现了许多与其相类似的手。
国内北航研制的多指灵巧手就是一种仿jpl手[5,6],也有3个手指,每指3个关节,外表结构也极其相似。
国防科大研制的多[4] 指手的模型[7],也是一种仿jpl的手。
这种手由于每个手指的自由度只有3个,在抓取物体时,抓取点(指尖位置)一旦确定后,其抓取姿态就唯一确定。
因此,实际上手指没有冗余关节,也就没有抓取的柔性,无法像人手一样进行灵巧的抓取和操作[5]。
图2 stanford/jpl 灵巧手图3 utah/mit 灵巧手1982年美国麻省理工学院和犹他大学联合研制了 utah/mit灵巧手[8,9] 。
履带式机器人综述报告随着机器人技术发展,腿式机器人能够满足某些特殊的性能要求,但是由于其结构自由度太多,控制比较复杂,应用受到一定的限制。
综合比较,履带式移动机器人能够很好地适应地面的变化,因此对履带式移动机器人的研究得以蓬勃发展。
履带式移动机器人具有以下特点[1]:(1) 支撑面积大,接地比压小,适合于松软或泥泞场地作业,下陷度小,滚动阻力小,越野机动性能好。
(2) 转向半径极小,可以实现原地转向。
(3) 履带支撑面上有履齿,不易打滑,牵引附着性能好,有利于发挥较大的牵引力。
(4) 具有良好的自复位和越障能力,带有履带臂的机器人还可以像腿式机器人一样实现行走。
1研究现状从20世纪80年代起,国外就对小型履带式机器人展开了系统的研究,比较有影响的是美国的Packbot机器人、URBOT、NUGV和talon机器人[2]此外,英国研制的Supper Wheel barrow排爆机器人、加拿大谢布鲁克大学研制的AZIMUT 机器人[3]、日本的Helios V II机器人[4]都属于履带式机器人。
我国对履带式机器人的研究也取得了一定的成果,如沈阳自动化研究所研制的CL IMBER机器人[5]、北京理工大学研制的四履腿机器人[6]、北京航空航天大学研制的可重构履腿机器人等。
综合分析国内外所研究的履带式移动机器人,大致可以分为:单节双履带式、双节四履带式、多节多履带式、多节轮履复合式以及自重构式移动机器人。
1. 1单节双履带式移动机器人由美国白特尔公司(Battelle)开发的ROCOMP机动平台,主要用于运输军用物资,可上下楼梯和斜坡,能通过窄小房间和过道,采用无线电进行控制或者沿计算机预编程路线进行行驶,行驶中能自动避开障碍。
北京京金吾高科技公司开发的JW902 (第5代)排爆机器人属国家科技部863计划项目。
JW902机器人的主要功能是抓取,它优于国内外同类的各种机器人。
1. 2双节双履带式移动机器人国外开发的多为双节双履带式移动机器人,因为此种移动机器人与单节式相比较,越障功能更优。
第1篇一、前言随着科技的飞速发展,机器技术在各个领域的应用日益广泛,从工业生产到日常生活,从科学研究到国防军事,机器技术都发挥着不可替代的作用。
本报告旨在对过去一年(例如:2023年)我国机器技术的研究成果、应用进展以及存在的问题进行总结和分析,以期为我国机器技术的未来发展提供参考。
二、研究进展1. 人工智能与机器学习(1)深度学习算法:在过去的一年中,深度学习算法在图像识别、语音识别、自然语言处理等领域取得了显著成果。
例如,我国科学家在图像识别领域提出的“残差网络”(ResNet)在ImageNet竞赛中取得了优异成绩。
(2)强化学习:强化学习在机器人控制、自动驾驶等领域取得了突破性进展。
我国科学家在强化学习算法方面进行了深入研究,并在多个应用场景中取得了成功。
2. 机器人技术(1)服务机器人:服务机器人在医疗、养老、教育等领域得到了广泛应用。
我国科学家在服务机器人技术方面取得了显著成果,如自主研发的“智能养老机器人”。
(2)工业机器人:工业机器人在制造业中发挥着重要作用。
我国在工业机器人技术方面取得了长足进步,如自主研发的“协作机器人”。
3. 自动化技术(1)智能制造:智能制造是当前工业发展的热点。
我国在智能制造领域取得了显著成果,如工业互联网、工业大数据等。
(2)自动化设备:自动化设备在各个领域得到了广泛应用。
我国在自动化设备研发方面取得了重要进展,如数控机床、自动化生产线等。
4. 机器人与人工智能融合机器人与人工智能的融合是未来发展趋势。
我国在机器人与人工智能融合方面取得了显著成果,如智能机器人、智能无人系统等。
三、应用进展1. 工业领域(1)制造业:机器人与自动化设备在制造业中得到了广泛应用,提高了生产效率,降低了生产成本。
(2)物流行业:自动化物流系统在物流行业中发挥了重要作用,提高了物流效率,降低了物流成本。
2. 服务业(1)医疗领域:服务机器人在医疗领域得到了广泛应用,如手术机器人、康复机器人等。
1 绪论1.1机器人发展概况在工业机器入问世30多年后的今天;机器人己被人们看作是一种生产工具。
在制造、装配与服务行业,机器入的应用取得了明显的进步。
由干传感器、控制、驱动与材料等领域的技术进步,通过智能机器人系统首次在制造领域以外的服务行业,开辟了机器人应用的新领域,让机器人作为“人的助手”,使人们的生活质量得以提高。
目前在许多领域己经进行了很大的努力来开发服务机器入系统,并力争在较大围使用它们。
这些机器人系统尽管有不同的应用领域,但它们所从事的工作仅限于维护保养、修理、运输、清洗、保安、救援与数据采集等方面。
机器人是一个通用的自动化装置。
国际标准化组织(1SO)的定义:“机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能操作机,这种操作机具有几个轴,能够借助可编程操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置,以执行各种任务”。
从1954年美国工程师乔治.大卫发表了《适用重复作业的通用性工业机器人》论文开始,到1962年美国联合控制公司推出第一台机器人“尤尼麦特”为止。
机器人开始在工业生产的各种场合中,起到了置关重要的作用。
而在所有的机器人研究中,尤使日本的机器人研究最为突出。
现在国外大多都在致力于直立行走机器人和微型机器人的研究。
特别是注重对于机器人控制和视觉识别方面的研究。
对于行走机器人而言,最引起大多数科学家注意的是对于视觉识别方面的研究。
并且也取得了许多可人的成果。
行走机器人分很多种,不仅有直立式,还有履带式,多支点式等等。
而这里只谈谈履带式行走机器人。
履带式行走机器人是一种利用履带进行支撑机器人机体的移动机器人目前我国发展了多履带式机器人,有四条和六条履带的移动机器人。
他们的优点是转向方便移动稳定的特点,所以适合在恶劣的条件下进行工作。
1.2 履带式行走机器人概述所谓履带式行走机器人(我们这里指的是普通的履带式行走机器人)利用两条履带进行支撑机体进行移动的机器人。
它具有运行稳定,转向灵活,能够越过较小的障碍,并且承载重量较大的特点。
机器人技术报告范文
摘要
本报告研究了机器人技术,阐述了关于机器人技术的发展历史、机器
人结构、控制原理、感知技术和仿生技术等内容,总结了机器人技术的发
展现状和发展趋势,以及未来发展所需要克服的技术问题。
关键词:机器人技术;发展历史;机器人结构;控制原理;感知技术;仿生技术
1、绪论
机器人技术是近十几年来最受关注的新技术之一,它既具有人类想象
力的技术概念,又像是解决现实问题的真正技术。
机器人技术应用广泛,
有利于提高生产力和工作效率,节约能源和经济成本,改善企业生产环境,减轻劳动强度,改变社会风气,促进社会全面发展。
2、机器人技术的发展历史
是利用计算机技术,结合机械、电子、电气等技术来设计制造的通用
实用设备,20世纪50年代中期,欧洲和美国就开始研究机器人的技术,
60年代,有了较大的发展,70年代,又迎来新的突破,80年代。
关于除草机器人的综述摘要:随着农业生产的快速发展,农业生产技术急需发展,各种人工的生产已经不能满足需要。
随着各种科学技术的发展,在大田除草的生产环节上,智能型机器人的出现及其发展已融入我们的生活,从产生到现在,从国外到国内,从机械手到图像识别分析,到准确定位草的位置,通过对目前这个现状的综述,能更好的促进这个方向的发展。
进一步发展我国的农业生产水平。
关键词:除草机器人综述随着农业劳动力成本的提高,发达国家广泛开展了农业机器人研究。
近年,又开始了对除草机器人的研究。
瑞典、丹麦、荷兰等欧洲国家以及美国、日本等开展了杂草识别和除草机构的研究。
目前 , 在我国主要使用的除草方法是人工锄抚刀抚 , 其特点是劳动强度大、耗时费力、效率低、效果欠佳 , 除草工作完成后 , 幼林仍受不同程度的草害威胁。
但是国内对于除草机器人的研究正在起步,这其中机器人机械臂的运动学分析和图像识别又是比较关键的技术,以及除草方法的不断改进更使效率大大提高。
相信随着我国对对农业机器人的高度重视,我国在农业除草机器人的研究领域会取得重大的突破。
我国的农业生产能力家大大提高。
1.除草机器人的基本构成除草机器人硬件部分由主体、多关节机械臂、末端执行器以及起非常重要作用的摄像头等组成。
软件部分主要包括导航控制和杂草检测。
摄像头拍摄的图片送 PC机处理,所得结果分别用于控制主体自主行走和机械臂定点除草。
各种部件的联系极为重要,特别是导航摄像头的图像分析与执行端的运动学分析。
2.除草机器人的关键技术及其原理在除草机器人的设计和控制中,导航摄像头的图像分析和执行器的运动学分析,参数的输入控制与PC机软件的结合,还有除草方法的选择都具有极其重要的意义。
1)视觉图像分析及其导航利用机器视觉导航技术引导除草机器人沿着农作物行自动行走,行走时又利用机器视觉技术检测农作物行间杂草。
除草机器人多关节机械臂运动到杂草区域 ,切割杂草并涂抹除草剂,执行结束后再继续行走。
文献综述题目牙轮钻机的履带底盘设计学生姓名 ***专业班级机械设计制造及其自动化**级**班学号************院(系)机电工程学院指导教师(职称) **(副教授)完成时间 201*年 *月 ** 日牙轮钻机的履带地盘设计摘要:履带式底盘的结构特点和性能决定了它在工程机械作业中具有明显的优势。
根据整体承重对牙轮钻机的要求,进行履带式牙轮钻机底盘的设计。
项目研究对提高工程机械设计水平和履带行驶技术水平具有重要意义。
该研究应用农业机械学、汽车拖拉机学、机械设计、机械原理等理论,对履带式行走底盘的驱动行走系统进行了理论分析与研究,完成了履带底盘主要工作参数的确定和力学的计算。
利用Auto CAD、Pro/E等工程软件完成了底盘的整体设计,达到了技术任务书的要求。
从而得到了整体机架与其相关配合的结构框架,对以后的进一步分析提供了一定的资料。
关键词:履带;底盘;行走装置;设计1.该研究的目的及意义履带式拖拉机的结构特点和性能决定了它在重型工程机械作业中具有明显优势。
首先,支承面积大,接地比压小。
比如,履带推土机的接地比压为0.0002~0.0008N/㎡,而轮式推土机的接地比压一般为0.002 N/㎡。
因此,履带推土机适合在松软或泥泞场地进行作业,下陷度小,滚动阻力也小,通过性能较好。
其次,履带支承面上有履齿,不易打滑,牵引附着性能好,有利于发挥交大牵引力。
最后,履带不怕扎、割等机械损伤。
因此,综合考虑,本设计围绕履带式行走底盘的相关资料对其进行相应的设计及创新。
主要以参考工程机械为主,结合现有的底盘进行设计。
此款履带拖拉机适用于我国大型露天矿山。
2.履带行走装置的结构组成及其工作原理履带行走装置有“四轮一带”(驱动轮、支重轮、导向轮、拖带轮及履带),张紧装置和缓冲弹簧,行走机构组成。
履带行走机构广泛应用于工程机械、拖拉机等野外作业车辆。
行走条件恶劣,要求该行走机构具有足够的强度和刚度,并具有良好的行进和转向能力。
履带式移动机器人越障能力的研究一、本文概述随着科技的快速发展和智能化时代的到来,履带式移动机器人作为一种高效、灵活的移动平台,在军事侦察、灾害救援、物流配送、农业自动化等众多领域展现出巨大的应用潜力。
然而,面对复杂多变的地形环境,机器人的越障能力成为影响其性能的关键因素。
因此,对履带式移动机器人越障能力的研究具有重要的理论价值和现实意义。
本文旨在深入探讨履带式移动机器人在不同地形条件下的越障性能,通过理论分析和实验研究相结合的方法,为提升机器人的环境适应性和越障能力提供理论支持和实践指导。
文章首先介绍履带式移动机器人的基本结构和工作原理,然后重点分析影响其越障能力的关键因素,包括履带设计、动力性能、控制系统等。
在此基础上,文章将探讨如何通过优化机器人结构和改进控制算法来提高其越障能力。
本文还将关注履带式移动机器人在实际应用中可能遇到的问题和挑战,如复杂地形环境下的导航与定位、多机器人协同越障等。
通过综合研究和实践应用,本文旨在为推动履带式移动机器人技术的发展和应用提供有益参考。
二、履带式移动机器人的结构设计履带式移动机器人的结构设计是提升其越障能力的关键。
结构设计主要包括底盘设计、履带设计、驱动系统设计以及控制系统设计等方面。
底盘设计:底盘是履带式移动机器人的基础结构,需要承受机器人的重量以及越障时产生的冲击力。
因此,底盘设计需要考虑到强度、刚性和稳定性。
我们采用了高强度金属材料,通过合理的结构设计,实现了底盘的轻量化与坚固性之间的平衡。
履带设计:履带是机器人越障能力的重要体现。
我们设计的履带具有足够的宽度和深度,以提供足够的摩擦力,使机器人在各种地形上都能稳定行驶。
同时,履带的设计还考虑到了耐磨性和寿命,采用了耐磨材料,并通过优化履带齿形,提高了机器人的越障性能。
驱动系统设计:驱动系统是履带式移动机器人的动力来源。
我们采用了大功率电机,并通过合理的传动机构设计,实现了动力的有效传递。
同时,驱动系统还配备了防滑功能,当机器人遇到湿滑或松软地面时,能够自动调整驱动力,保证机器人的稳定行驶。
履带式机器人综述报告随着机器人技术发展,腿式机器人能够满足某些特殊的性能要求,但是由于其结构自由度太多,控制比较复杂,应用受到一定的限制。
综合比较,履带式移动机器人能够很好地适应地面的变化,因此对履带式移动机器人的研究得以蓬勃发展。
履带式移动机器人具有以下特点[1]:(1) 支撑面积大,接地比压小,适合于松软或泥泞场地作业,下陷度小,滚动阻力小,越野机动性能好。
(2) 转向半径极小,可以实现原地转向。
(3) 履带支撑面上有履齿,不易打滑,牵引附着性能好,有利于发挥较大的牵引力。
(4) 具有良好的自复位和越障能力,带有履带臂的机器人还可以像腿式机器人一样实现行走。
1研究现状从20世纪80年代起,国外就对小型履带式机器人展开了系统的研究,比较有影响的是美国的Packbot机器人、URBOT、NUGV和talon机器人[2]此外,英国研制的Supper Wheel barrow排爆机器人、加拿大谢布鲁克大学研制的AZIMUT 机器人[3]、日本的Helios V II机器人[4]都属于履带式机器人。
我国对履带式机器人的研究也取得了一定的成果,如沈阳自动化研究所研制的CL IMBER机器人[5]、北京理工大学研制的四履腿机器人[6]、北京航空航天大学研制的可重构履腿机器人等。
综合分析国内外所研究的履带式移动机器人,大致可以分为:单节双履带式、双节四履带式、多节多履带式、多节轮履复合式以及自重构式移动机器人。
1. 1单节双履带式移动机器人由美国白特尔公司(Battelle)开发的ROCOMP机动平台,主要用于运输军用物资,可上下楼梯和斜坡,能通过窄小房间和过道,采用无线电进行控制或者沿计算机预编程路线进行行驶,行驶中能自动避开障碍。
北京京金吾高科技公司开发的JW902 (第5代)排爆机器人属国家科技部863计划项目。
JW902机器人的主要功能是抓取,它优于国内外同类的各种机器人。
1. 2双节双履带式移动机器人国外开发的多为双节双履带式移动机器人,因为此种移动机器人与单节式相比较,越障功能更优。
上海大学正在研制的关节式履带爬梯机器人就是属于这种结构[7]。
东华大学毛立民教授研制的高度可调的自主变位履带式管道机器人现已申请专利[8-10]。
美国福斯特—米勒公司开发的履带式“鹰爪”无人作战平台。
最初设计用途是为了排除复杂、简易爆炸物,其重量不超过45kg,其遥控距离达1000m,目前该型机器人已在伊拉克和阿富汗执行了20000多次任务。
1. 3多节多履带式移动机器人采用多节多履带式结构的机器人越障能力更强,但是其价格也较高,控制也更复杂。
由我国自行生产的“灵蜥-B”型排爆机器人,利用三段履带式设计,装置行走、机械手、云台3个摄像头,最大行走速度30m/s,能抓取15公斤重物,爬行40°斜坡和楼梯,越过40cm高的障碍和50cm宽的壕沟,自带电源可连续工作4小时。
美国Vecan公司日前准备研发新一代战场救援机器人Vecna BEAR。
科学家们已经对其构造进行了初步设计:上身采用液压伸缩装置,底部使用履带式驱动系统,添加动力平衡技术。
1. 4多节轮履复合式移动机器人轮履复合式一般为3节,其中间为轮式,两端为履带臂。
采用此种结构形式,既可以充分发挥轮式的快速性,又可以突出履带式良好的地面适应性。
目前国内外也正在积极开发该种机器人。
像Y. Maeda等的多功能机器人[11]、Andros系列机器人[12]、以及中科院沈阳自动化所研制的CL IMBER。
最新设计的Mini - Andros II 机器人配置了活节履带及轮盘底盘,最大触及距离达2m。
机器人采用模块化设计,能够快速拆装,更换不同工具。
机身小巧,可以在大型机械人不能达到的区域进行操作。
“变形金刚”是美国为战时营救行动量身定做的机器人。
该机器人安装有液压驱动的双臂,可以举起重180kg的重物,依靠滑轮、轨道和关节系统还可以做出各种动作,它甚至可以弯腰爬上陡峭山坡,还可以紧贴地面行动。
1. 5自重构式移动机器人1994年,斯坦福大学的Mark Yim在他的博士论文中提出了一种模块化可重组机器人的设计思想,并仿真实现了机器人的多种重组结构,以及多种不同的运动步态。
山东科技大学提出的一种可变形履带机器人,主要由1个躯体部分、4个折叠臂、4个履带体所组成,其中每一个履带体都通过一个折叠臂和机器人的躯体相联。
该机器人共有12个自由度,其中有8个转动关节驱动和4个履带驱动。
该机器人不怕翻滚,越障、爬坡能力更强,可以翻越相对更大(或更高)的高墙或沟壑,甚至可以在泥泞与沼泽地中行走[13]。
哈尔滨工业大学机器人研究所研制的模块化可重构履带式微小型机器人,单个机器人可以独立运行,多个机器人可以重构成链型和环形机器人。
该微小型机器人结构紧凑、体积小、重量轻。
采用两位微控制器和PC机两级控制体系,两级间采用蓝牙通讯。
该机器人的链型重构具有较强的越障能力,能爬越楼梯;环形机器人具有速度较高及路面适应能力强的特点。
2研究方法通过科学家的研究和探索,目前已经形成了一些履带式移动机器人在机械结构设计、稳定性分析和控制方法方面的理论,这些理论运用到实践中后,机器人的性能有所改进,但是它们还需要进一步地完善和发展,以更好地指导实践。
2.1机械结构机器人的设计不能过分考虑机械电子和控制方面的问题,否则不利于用实验验证高层问题的研究成果;机器人设计也不能过于简单,否则将严重限制高层课题研究的可能性。
在结构设计时,主要满足以下要求:①在远距离平坦路面运动情况下,要求机器人具有较高的运动速度和较低的能耗;②在松软、沼泽、不平坦地形、陡峭的斜面等自然环境中,保持基本的穿越能力;③能越过台阶、楼梯等室内结构化环境中经常遇到的障碍;④能够实现在狭窄的空间转弯、旋转等功能;⑤质量轻、体积小、运动灵活;⑥在车体发生翻倒时,具有自复位功能。
由于结构简单,没有辅助结构,单节双履带式移动机器人很难实现复位动作。
采用双节四履带式结构可以很好地解决这一难题,而且通过采用辅助履带臂可以提高其越障性能。
采用多节式履带结构,对地面的适应能力更强,但是由于其结构复杂,两端的辅助履带控制困难,国内外对此的研究还不是很多。
把多节式履带结构中的主体部分改为轮式,构成轮履复合式移动机器人,综合了轮子和履带的各自特点,可以发挥更高的效用。
2. 2稳定性分析对于履带式机器人,其稳定性主要表现在其越障性和自复位性上。
机器人的稳定性有两种:静态稳定性和动态稳定性。
(1) 静态稳定性分析。
履带式机器人的静态稳定性主要是指机器人在斜坡上静止不动时能够抗翻、抗滑动时的稳定性。
分析静态稳定性主要考虑的是稳定裕量角。
所谓边界稳定裕量角就是指机器人质心与支持边界构成的平面与支持域铅垂面的夹角;接触点和质心的连线与质心到支持域的垂足连线的夹角称为支持点的稳定裕量角;所有支持边界和支持点的稳定裕量角的最小值叫支持域的稳定裕量角Φ。
设T为稳定附着区域,则;当θ< T时,机器人不倾翻也不滑动;当T <θ<Φ时,机器人滑动但不倾翻;当θ>Φ时,机器人倾翻。
(2) 动态稳定性分析。
机器人的动态稳定性分析包括在结构化环境(例如平的路面)以及非结构化环境(例如越障、爬楼梯、越壕沟等) 。
履带式机器人在水平路面上主要有转弯和紧急制动时的动态稳定性分析。
转弯时的稳定性主要与机器人的转向半径、转向速度、地面摩擦力有关。
紧急制动失稳主要与机器人本体的重心位置、几何尺寸、路面条件等有关。
履带式机器人在越障时的稳定性主要与机器人本体重心与履带后轮的水平距离有关。
履带越障成功的必要条件是重心在行进方向上超越了翻越支点,即所谓的重心“超越”条件。
重心位置越靠前,则越障高度越高,垂直重心越高,则越障能力越差。
为了保证履带在爬楼梯时的动态稳定性,履带的长度一般要稍大于楼梯3个相邻尖角的宽度,这样在爬楼梯时就不容易发生颠簸,不致因附着力减小而出现不平稳甚至倾翻的现象。
2. 3控制方法机器人的控制有多种结构形式,包括非伺服控制、伺服控制、位置和速度反馈控制、力(力矩)控制、基于传感器的控制、非线性控制、最优控制、自适应控制以及各种智能控制等。
从机器人控制算法的处理方式来看,可以分为串行、并行两种结构类型。
(1) 串行处理结构。
是指机器人的控制算法是由串行机来处理,对于这种类型的控制器,从计算机结构、控制方式来划分,可分为:①单CPU结构、集中控制方式;②二级CPU结构、主从式控制方式;③多CPU结构、分布式控制方式。
采用这种结构的控制系统,工作速度和控制性能均比前两种要好的多,但这些多CPU控制系统共有的特征都是针对具体问题而采用的功能分布式结构,即每个处理器承担固定任务。
目前,世界上大多数商品化机器人控制系统都采用这种结构。
但是串行机的各种控制算法有一个共同的弱点:计算负担重、实时性差。
因此,大多采用离线规划和前馈补偿解耦等方法来减轻实时控制中的计算负担。
当机器人在运行中受到干扰时,其性能将受到影响,更难以保证高速运动中所要求的精度指标。
(2)并行处理技术。
是提高计算速度的一个重要而有效的手段,能满足机器人控制的实时性要求。
开发并行算法的途径之一就是改造串行算法,使之并行化,然后将算法映射到并行结构。
一般有两种方式:①考虑给定的并行处理器结构,根据处理器结构所支持的计算模型,开发算法的并行性;②首先开发算法的并行性,然后设计支持该算法的并行处理器结构,以达到最佳并行效率。
构造并行处理结构的机器人控制计算机系统,一般采用以下方式:①开发机器人控制专用VLSI;②利用有并行处理能力的芯片式计算机(如:Transputer,DSP等)构成并行处理网络;③利用通用的微处理器。
履带式移动机器人与外部的通信方式一般为无线通信。
一般是以机器人为平台,首先在计算机和单片机之间实现无线通信;进而通过单片机与机器人之间的接口,实现无线方式控制机器人;也实现对远程机器人的实时监控。
即在本地给出机器人的控制命令,通过无线传输模块发送到远端,然后由远端的机器人控制系统控制机器人执行相应的动作;同时由摄像机把机器人的动作进行实时采集,再把压缩后的图像数据通过无线传输模块传输到本地,最后通过解压缩还原成视频图像进行播放。
这种控制系统主要解决的问题有:控制命令的实时传输;对机器人的实时控制;视频图像的实时采集、压缩和传输;以及机器人运动数据信息的适时反馈。
3存在的问题履带式机器人仍面临许多待解决的问题:(1) 有些履带式移动机器人的体积和重量太大,应适当缩小机器人的体积,减轻机器人的重量。
(2) 对地面的适应性和稳定性需要得到进一步的提高。
(3) 控制方法需要改进。
应当简化机器人的控制算法,以实现“用较简单的控制方法获得令人满意的控制效果”的目标。