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微小移动机器人研究现状及关键技术_章亚男

微小移动机器人研究现状及关键技术_章亚男
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轮式移动机器人结构设计论文

轮式移动机器人的结构设计 摘要: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。本课题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。 本文介绍了已有的机器人移动平台的发展现状和趋势,分析操作手臂常用 的结构和工作原理,根据选定的方案对带有机械臂的全方位移动机器人进行本 体设计,包括全方位车轮旋转机构的设计、车轮转向机构的设计和机器人操作 臂的设计。要求全方位移动机构转向、移动灵活,可以快速、有效的到达指定 地点;机械臂操作范围广、运动灵活、结构简单紧凑且尺寸小,可以快速、准 确的完成指定工作。设计完成后要分析全方位移动机构的性能,为后续的研究 提供可靠的参考和依据。 关键字:机器人移动平台操作臂简单快速准确

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

智能移动机器人的现状与发展论文 2

题目移动机器人的发展现状及趋势授课老师唐延柯 学生姓名 学号 专业电子信息工程 教学单位德州学院 完成时间 2013年11月16日

一、摘要 (2) 二、引言 (2) 三、智能机器人的构成 (3) 3.1硬件构成 (3) 3.2 软件构成 (3) 四、国内外在该领域的发展现状综述 (4) 五、智能移动机器人的应用及分类 (5) 5.1 智能机器人的应用 (5) 5.2 智能机器人分类 (7) 六、展望与讨论 (9) 6.1智能机器人的发展趋势展望 (9) 6.2 建议及设想 (10) 七、结论 (10) 八、参考文献 (11)

智能机器人的现状及其发展趋势 一、摘要 本文扼要地介绍了智能机器人技术的发展现状,以及世界各国智能机器人的发展水平,然后介绍了智能机器人的分类,从几个典型的方面介绍了智能机器人在各行各业的广泛应用,讨论了智能机器人的发展趋势以及对未来技术的展望,最后提出了自己的建议和设想,分析我国在智能机器人方面发展并提出期望。 关键词:智能机器人;发展现状;应用;趋势 The status and trends of intellectual robot Abstract:This paper briefly discusses the development, status of intellectual robot, development of intellectual robot in many countries. And then it presents the categories of intellectual robot, talks about the extensive applications in all works of life from several typical aspects and trends of intellectual robot. After that, it puts forward prospects for future technology, suggestion and a tentative idea of myself, and analyses the development of intellectual robot in China. Finally, it raises expectations of intellectual robot in China. Key words: intellectual robot; development status; application; trend 二、引言 机器人是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。智能机器人则是一个在感知- 思维- 效应方面全面模拟人的机器系统,外形不一定像人。它是人工智能技术的综合试验场,可以全面地考察人工智能各个领域的技术,研究它们相互之间的关系。还可以在有害环境中代替人从事危险工作、上天下海、战场作业等方面大显身手。一部智能机器人应该具备三方面的能力:感知环境的能力、执行某种任务而对环境施加影响的能力和把感知与行动联系起来的能力。智能机器人与工业机器人的根本区别在于,智能机器人具有感知功能与识别、判断及规划功能[1]。 随着智能机器人的应用领域的扩大,人们期望智能机器人在更多领域为人类服务,代替人类完成更复杂的工作。然而,智能机器人所处的环境往往是未知

智能机器人的现状和发展趋势

智能移动机器人的现状和发展 姓名 学号 班级:

智能移动机器人的现状及其发展 摘要:本文扼要地介绍了智能移动机器人技术的发展现状,以及世界各国智能移动机器人的发展水平,然后介绍了智能移动机器人的分类,从几个典型的方面介绍了智能移动机器人在各行各业的广泛应用,讨论了智能移动机器人的发展趋势以及对未来技术的展望,最后提出了自己的建议和设想,分析我国在智能移动机器人方面发展并提出期望。 关键词:智能移动机器人;发展现状;应用;趋势 1引言 机器人是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。智能移动机器人则是一个在感知 - 思维 - 效应方面全面模拟人的机器系统,外形不一定像人。它是人工智能技术的综合试验场,可以全面地考察人工智能各个领域的技术,研究它们相互之间的关系。还可以在有害环境中代替人从事危险工作、上天下海、战场作业等方面大显身手。一部智能移动机器人应该具备三方面的能力:感知环境的能力、执行某种任务而对环境施加影响的能力和把感知与行动联系起来的能 力。智能移动机器人与工业机器人的根本区别在于,智能移动机器人具有感知功 能与识别、判断及规划功能[1] 。 随着智能移动机器人的应用领域的扩大,人们期望智能移动机器人在更多领 域为人类服务,代替人类完成更复杂的工作。然而,智能移动机器人所处的环境 往往是未知的、很难预测。智能移动机器人所要完成的工作任务也越来越复杂; 对智能移动机器人行为进行人工分析、设计也变得越来越困难。目前,国内外对 智能移动机器人的研究不断深入。 本文对智能移动机器人的现状和发展趋势进行了综述,分析了国内外的智能 移动机器人的发展,讨论了智能移动机器人在发展中存在的问题,最后提出了对 智能移动机器人发展的一些设想。 1

移动机器人的目标跟随控制方法与相关技术

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。

移动机器人导航技术总结

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。

轮式移动机器人结构设计开题报告

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

全球手术机器人的发展现状及前景

全球手术机器人的发展现状及前景 机器人手术系统是集多项现代高科技手段于一体的综合体。主要用于心脏外科和前列 腺切除术。外科医生可以远离手术台操纵机器进行手术,完全不同于传统的手术概念,在 世界微创外科领域是当之无愧的革命性外科手术工具。 第一代手术机器人已经用于世界各地的许多手术室中。这些机器人不是真正的自动化 机器人,它们不能自已进行手术,但是它们向手术提供了有用的机械化帮助。这些机器仍 然需要外科医生来操作它们并对其输入指令。这些手术机器人的控制方法是远程控制和语 音启动。 虽然说手术机器人比人手有一些优点,但是要用自动化的机器人在没有人参与的情况 下对人体进行手术,还有很长的一段路要走。但是,随着计算机能力和人工智能的发展, 在本世纪将会设计出一种机器人,可以找出人体中的异常,进行分析并校正这些异常而不 需要任何人指导。 组成部件 之所以将机器人引入医疗,是因为在微创手术中,它们可以实现对外科仪器前所未有 的精准控制。目前为止,这些机器已经用来定位内窥镜、进行胆囊手术以及胃灼热和胃食 管反流的矫治。机器人手术领域的最终目标是设计一种机器人,可以用来进行不开胸口的 心脏手术。某制造商表示,仅在美国,机器人设备每年可以用于超过350万个医疗手术中。机器人。 1、达芬奇手术系统

操作方法 外科医生站在控制台边,离手术台几十厘米远,透过探视镜向里看,来研究病人体内的照相机发送的3-D图像。图像显示的是手术点以及两个固定在上述两根杆端点上的手术仪器。像操纵杆一样的控制手柄,位于屏幕的正下方,外科医生用来操作手术仪器。每次操纵杆移动时,计算机就向仪器发送电子信号,仪器就和外科医生的手同步移动。 另一个即将被FDA批准的 机器人系统是ZEUS系统,由ComputerMotion公司制作,在欧洲已经可以使用。但是,无论是达芬奇系统还是ZEUS系统,用来进行手术计划的每一道程序都必须得到政府部门的批准。价值75万美元的ZEUS系统与达芬奇的装置类似。它有一个计算机工作站、一个视频显示器和控制手柄,用于移动手术台上安装的手术仪器。ZEUS系统目前在美国只被批准用于医疗试验,而德国医生已经使用此系统进行了冠心病搭桥手术。 ZEUS系统得到了自动化内窥镜定位(AESOP)机器人系统的协助。由ComputerMotion公司于1994年发布的AESOP是FDA批准使用的第一台可以用于手术室协助手术的机器人。AESOP比达芬奇系统和ZEUS系统要简单得多。AESOP基本上只是一个机械臂,用于医生定位内窥镜——一种插入病人体内的外科照相机。脚踏板或声音软件用于医生定位照相机,这就让医生的手空出来继续进行手术。

移动机器人的研究现状与趋势

移动机器人的研究现状与趋势115【43】ShengL'Goldenbe唱AA.Robustdamping con们1ofmobilemalljpulators嘲.IEEETransactionsonSystems,ManandCybemeticsPanB,2002,32(1):126.132. 【44】ShengL,G01denbe唱AA.Neuralnetworkcon乜Dlofmobilemanipulators【J】.IEEE1hnsactionsonNeuralNetworks,200l,12(5):1121.1133. 【45】李磊,叶涛,谭民,等.移动机器人技术研究现状与未来【J】.机器人,2002,24(5):475—480. 【46】徐国华,谭民.移动机器人的发展现状及其趋势【J】.机器人技术与应用,2001,(3):7—14. [47】L硼neEParker.CooperativeRoboticsforMulti_Target0bservation[J].IntelligentAutomationandSoftComputing,specialissuconRoboticsResearchatOakRidgeNationalLabomtory,1999,5(1):5—19. [48】MamricMJ.LeamingtoBehaveSocially【A】.FromAnimalst0Animats:IntemationalconferenceonSimulationofAdaptiveBehavior【c].1994.453-462. [49]ueyamaT,Ful(IldaT.self-o唱aIlizationofCellularRobotsusingRandomwall【wimsimpleRules【A].ProceedingsofIEEEI—CRA【c】.1993595—600. [50】王越超.多机器人协作系统研究[D】.哈尔滨:哈尔滨工业大学,1999. PresentSituationandFutureDeVelopment ofMobileRobotResearch zHANGMing?1u,DINGCheng-jun,DUANPing (schoolofMech锄icalEngineerin舀HebeiUnivers时ofTecllnolo鼢Ti柚jin300130,China) Abstract:Thepresentresearchsituationofmobilerobotisanalyzedandsul砌arizedincludingitscomputercontrolsystem,infbmlationfusionof multi-sensors,enviromentrecogIlition,robotVision,roadfollowingandintelligentcon仃D1.IntheendthestudytrendofIImlti—robotcoordinationandmobilemanipulatorispointedout. Keywords:mobilerobot;infbmationmsion;road following;曲elligentcon仃01;multi—robot 作者简介:张明路,工学博士、教授,博士生导师.1997年,毕业于天津大学 机械学专业,获博士学位.现任河北工业大学机械工程学院院长,全国高校机器人及自动化学会常务理事,河北省振动工程学会副理事长,“中国机械工程’杂志社编委会理事,天津市自动化技术及应用研究会副秘书长,天津市机械工程学会理事,中国机械工程教育协会高校机电类学科教学委员会委员.近年来承担了国家863计划等科研项目多项,发表学术论文30余篇,其中scI收录3篇,EI收录11篇.主页:http://mes.hebut.edu.cll/inmechjVeb/index.htIIl 联系电话:022—265“506;E.man:zhangml@hebut.edu.cn

机器人习题答案(开卷必备)

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,

仿生机器人关键技术

仿生机器人关键技术 “仿生机器人”是指模仿生物、从事生物特点工作的机器人。,涉及到机械设计、计算机、传感器、自动控制、人机交互、仿生学等多个学科。因此,机器人领域中需要研究的问题非常多。主要研究问题包括以下五个方面: 1 建模问题 仿生机器人的运动具有高度的灵活性和适应性。其一般都是冗余度或超冗余度机器人,结构复杂,运动学和动力学模型与常规机器人有很大差别,且复杂程度更大。为此,研究建模问题,实现机构的可控化是研究仿生机器人的关键问题之一。 2 控制优化问题 机器人的自由度越多,机构越复杂,必将导致控制系统的复杂化。复杂巨系统的实现不能全靠子系统的堆积,要做到整体大于组分之和,同时要研究高效优化的控制算法才能使系统具有实时处理能力。 3 信息融合问题 在仿生机器人的设计开发中,为实现对不同物体和未知环境的感知,都装备有一定量的传感器。多传感器的信息融合技术是实现其具有一定智能的关键。信息融合技术把分布在不同位置的多个同类或不同类的传感器所提供的局部环境的不完整信息加以综合,消除多传感器信息之间可能存在的冗余和矛盾,从而提高系统决策、规划、反应的快速性和正确性。 4 机构设计问题 合理的机构设计是仿生机器人实现的基础。生物的形态经过千百万年的进化,其结构特征极具合理性,而要用机械来完全仿制生物体几乎是不可能的,只有在充分研究生物肌体结构和运动特性的基础上提取其精髓进行简化,才能开发全方位关节机构和简单关节组成高灵活性的机器人机构。 5 微传感和微驱动问题 微型仿生机器人有些已不是传统常规机器人的按比例缩小,它的开发涉及到电磁、机械、热、光、化学、生物等多学科。对于微型仿生机器人的制造,需要解决一些工程上的问题,如动力源、驱动方式、传感集成控制以及同外界的通讯等。实现微传感和微驱动的一个关键技术是机电光一体结合的微加工技术。同时,在设计时必须考虑到尺寸效应、新材料、新、工艺等问题。

变电站机器人发展概况及最新发展趋势

移动机器人 移动机器人用途广泛,世界各国正在加紧移动机器人的研制。移动机器人的研究始于60年代末期,斯坦福研究院(SRI)的NilsNilssen和CharlesRosen等人研制出了名为Shakey 的自主移动机器人,它能够在复杂环境下,识别对象、自主推理、实现路径规划和控制功能。美国军方于1984年开始研制第一台地面自主车辆,可以在无人干预的情况下在道路上行驶,也称之为早期的移动机器人。许多国家也各自制定了移动机器人的研究计划,如日本通产省组织的极限环境下作业的机器人计划和欧洲尤里卡中的机器人计划等。虽然由于人们对机器人的研究期望过高,导致80年代的移动机器人的研究虽并未取得预期的效果,却带动了相关技术的发展,为探讨人类研制智能机器人的途径积累了经验,同时推动了其他国家对移动机器人的研究和开发。 上世纪90年代,人类把研究重点放在了移动机器人的应用上,希望移动机器人可以代替人类在各种环境下,尤其是恶劣的条件下辅助人类的工作,为人类服务。1997年7月4日,美国“火星探路者”飞抵火星考察,并在火星上成功着陆,它携带的索杰纳号火星车开始在火星表面漫游,行进了几千米,完成了预定的科学探测任务。进入21世纪后,美国研制的第四个火星探测器—好奇号于2012年8月6号成功降落火星,并展开为期两年的火星探测任务。好奇号火星探测器是第一辆釆用核动力驱动的火星车,其使命是探寻火星上的生命元素。 1992年美国研制出时速75公里的自主车,地面自主车的研制大大推动了遥控机器人的发展。目前美国“自动化技术协会”(ATC),每年在移动机器人运动控制、仿真、传感器的投资超过几亿美元。欧共体(EU)和“机器人技术”有关的课题总数约为250~300项,在EU提供基金的机器人研究领域,移动机器人占22.8%左右;日本不仅加紧研制移动机器人,更把发展重点放在移动机器人的应用研究上,目的是可以代替人在各种环境下为人服务(如在医院、家庭、恶劣的环境和核反映堆、核废料清理和排雷等危险环境下工作)。 我国机器人的研究已有20多年的历史,国家也大力发展机器人,并投入了一定的资金,对机器人进行技术攻关,发出各种类型的机器人,对我国机器人的发展具有重大的意义。但由于我国对此方面的研究起步较晚,在机器人技术水平、实用化程度以及稳定方面,与美国、日本等国家相比,都存在着较大的差距。 国内研制的机器人样机,有保安机器人、消防机器人等,有轮式和履带式;但大都是有缆方式,具有小范围内一定的避障功能。国内移动机器人的研究成果主要如下:清华大学的智能移动机器人THMR-V型机器人;中科院沈阳自动化所的AGV自主车和防爆机器人;

机器人关键技术分析

机器人关键技术分析 一、机器人传感器 机器人是由计算机控制的复杂机器,它具有类似人的肢体及感官功能;动作程序灵活;有一定程度的智能;在工作时可以不依赖人的操纵。机器人传感器在机器人的控制中起了非常重要的作用,正因为有了传感器,机器人才具备了类似人类的知觉功能和反应能力。 为了检测作业对象及环境或机器人与它们的关系,在机器人上安装了触觉传感器、视觉传感器、力觉传感器、接近觉传感器、超声波传感器和听觉传感器,大大改善了机器人工作状况,使其能够更充分地完成复杂的工作。由于外部传感器为集多种学科于一身的产品,有些方面还在探索之中,随着外部传感器的进一步完善,机器人的功能越来越强大,将在许多领域为人类做出更大贡献。 内传感器、位置(位移)传感器 主要有:速度和加速度传感器、力觉传感器、外传感器、触觉传感器、应力传感器、近度传感器、声觉传感器、接触式或非接触式温度传感器、滑觉传感器、距离传感器、视觉传感器。 二、机器人的机械设计 根据题目对所设计的机器人的要求,确定了要设计的机

器人的类型;确定机器人的自由度;拟定机器人手部的负载;从总体上确定机器人机械部分的设计方案;拟定关节型机器人控制系统总体方案;根据机器人的工作要求和结构特点,进行了机器人的总体设计,确定了机器人的外形尺寸和工作空间,拟定了机器人各关节的总体传动方案,对机器人腰关节结构进行了详细设计,合理布置了电机和齿轮,确定了各级传动参数,进行了齿轮、轴和轴承的设计计算和校核。利用齐次变换矩阵法建立了六自由度关节机器人的正运动学模型,求出机器人末端相对于各自参考坐标系的齐次坐标值,建立了在直角坐标空间内机器人末端执行器的位置和姿态与关节变量值的对应关系。对所设计的机器人进行理论计算;对其初步进行了运动学分析和动力学分析;确定机器人的驱动方式;对机器人机械系统的各组成部分进行具体的设计;确定各主要零部件的尺寸;确定各个部分的具体结构;利用Pro/E软件建立整个机器人结构的简单模型。 三、机器人程序设计 机器人编程为使机器人完成某种任务而设置的动作顺序描述。机器人运动和作业的指令都是由程序进行控制,常见的编制方法有两种,示教编程方法和离线编程方法。其中示教编程方法包括示教、编辑和轨迹再现,可以通过示教盒示教和导引式示教两种途径实现。由于示教方式实用性强,操作简便,因此大部分机器人都采用这种方式。离线编程方

轮式移动机器人结构设计开题报告

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

移动机器人的发展现状及其趋势

移动机器人的发展现状及其趋势 徐国华谭民 中科院自动化研究所 、引言 机器人的应用越来越广泛,几乎渗透到所有领域。移动机器人是机器人学中的一个重要分支。早在60年代,就已经开始了关于移动机器人的研究。关于移动机器人的研究涉及许多方面,首先,要考虑移动方式,可以是轮式的、履带式、腿式的,对于水下机器人,则是推进器。其次,必须考虑驱动器的控制,以使机器人达到期望的行为。第三,必须考虑导航或路径规划,对于后者,有更多的方面要考虑,如传感融合,特征提取,避碰及环境映射。因此,移动机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统。对移动机器人的研究,提出了许多新的或挑战性的理论与工程技术课题,引起越来越多的专家学者和工程技术人员的兴趣,更由于它在军事侦察、扫雷排险、防核化污染等危险与恶劣环境以及民用中的物料搬运上具有广阔的应用前景,使得对它的研究在世界各国受到普遍关注。 二、移动机器人发展现状 从移动方式上看,移动机器人可分为轮式、履带式、腿式(单腿式、双腿式和多腿式)和水下推进式。本文重点放在轮式、履带式机器人,对水下机器人和两足人形机器人不做详细讨论。 1.国外移动机器人的发展概况 1.1室外几种典型应用移动机器人 美国国家科学委员会曾预言: 20世纪的核心武器是坦克,21世纪的核心武器是无人作战系统,其中2000年以后遥控地面无人作战系统将连续装备部队,并走向战场 。为此,从80年代开始,美国国防高级研究计划局(DARPA)专门立项,制定了地面天人作战平台的战略计划。从此,在全世界掀开了全面研究室外移动机器人的序幕,如DARPA的 战略计算机 计划中的自主地面车辆(ALV)计划(1983 1990),能源部制订的为期10年的机器人和智能系统计划(RIPS)(1986 1995),以及后来的空间机器人计划;日本通产省组织的极限环境下作业的机器人计划;欧洲尤里卡中的机器人计划等。 初期的研究,主要从学术角度研究室外机器人的体系结构和信息处理,并建立实验系统进行验证。虽然由于80年代对机器人的智能行为期望过高,导致室外机器人的研究未达到预期的效果,但却带动了相关技术的发展,为探讨人类研制智能机器人的途径积累了经验,同时,也推动了其它国家对移动机器人的研究与开发。进入90年代,随着技术的进步,移动机器人开始在更现实的基础上,开拓各个应用领域,向实用化进军。 由美国NASA资助研制的 丹蒂II 八足行走机器人,是一个能提供对高移动性机器人运动的了解和远程机器人探险的行走机器人。它与其他机器人,如NavLab,不同之处是它于1994年在斯珀火山的火山口中进行了成功的演示,虽然在返回时,在一陡峭的、泥泞的路上,失去了稳定性,倒向了一边,但作为指定的探险任务早己完成。其它机器人在整个运动过程中,都需要人参与或支持。丹蒂计划的主要目标是为实现在充满碎片的月球或其它星球的表面进行探索而提供一种机器人解决方案。 美国NASA研制的火星探测机器人索杰那于1997年登上火星,这一事件向全世界进行了报道。为了在火星上进行长距离探险,又开始了新一代样机的研制,命名为Rock y7,并在Lavic湖的岩溶流上和干枯的湖床上进行了成功的实验。 德国研制了一种轮椅机器人,并在乌尔姆市中心车站的客流高峰期的环境和1998年汉诺威工业商品博览会的展览大厅环境中进行了实地现场表演。该轮椅机器人在公共场所拥挤的、有大量乘客的环境中,进行了超过36个小时的考验,所表现出的性能是其它现存的轮椅机器人或移动机器人所不可比的。这种轮椅机器人是在一个商业轮椅的基础上实现的。 7

移动机器人的发展状况及趋势

移动机器人的发展状况及趋势 摘要 移动机器人就具有广泛的应用前景,也是近年来研究的热门课题之一。本文对移动机器人的发展与现状以及移动机器人导航技术的发展状况做了总结与阐述。 1.引言 导航技术在移动机器人的相关技术研究中,是其核心技术,也是其实现其智能化的技术。导航研究的目标就是没有人的干预下使机器人有目的地移动并完成特定任务,进行特定操作。机器人通过装配的信息获取手段,获得外部环境信息,实现自我定位,判定自身状态,规划并执行下一步的动作。机器人及其技术在未来将起到重要作用。展望生产自动化的未来,从使用角度看,生产系统如何才能在与人协调的作业环境中快速高效地生产出高质量、高性能的商品。 2.移动机器人的分类 移动机器人按工作环境来分:室外移动机器人和室内移动机器人。按移动方式分:轮式移动机器人,步行移动机器人,蛇形移动机器人,履带移动机器人,爬行移动机器人。按结构体系结构分:功能式结构机器人,行为式结构机器人,混合式结构机器人。按功能和用途分:医疗机器人,军用机器人,助残机器人,清洁机器人。按作业空间分:陆地移动机器人,水下移动机器人,无人和空军移动机器人 3.移动机器人导航及定位现状 导航和定位是移动机器人发展的两重要问题,移动机器人的导航方式可以分为:基于环境信息的地图模型匹配导航,视觉导航,传感器数据导航。 3.1导航 3.1.1陆标导航 陆标导航是将陆地上的一些特殊景物作为陆标,移动机器人在知道这些陆标坐标形状的前提下通过对陆标的探测确定自己的位置。同时将全场的目标分解为陆标和陆标之间的片段。不断对陆标探测完成导航,根据不同环境可以分为人工路标导航和自然路标导航。人为路标导航是通过对人放置的一些陆标进行识别完成导航,但它容易改变工作环境。自然路标导航不会改变自然环境,是机器人对工作环境中的自然标志进行识别完成那个导航。 3.1.2视觉导航 由于计算机视觉理论及算法的发展,视觉导航成为导航技术中的一个重要发展方向。DeSouza等总结了近20年机器人导航中视觉导航技术的发展状况,包桂秋等也描述了图像技术在机器人导航中的应用,特别是在飞行器包括导弹、飞机等

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