基于慧魚組件的通訊排障機器人設計—控制部分設計【輪式機器人總體設計】

基于慧魚組件的通訊排障機器人設計—控制部分設計【輪式機器人總體設計】,輪式機器人總體設計,基于慧魚組件的通訊排障機器人設計—控制部分設計【輪式機器人總體設計】,基于,組件,通訊,通信,機器人,設計,控制,節(jié)制,部分,部份,輪式,總體,整體 附件1：外文資料翻譯譯文 在機械設計和建造的流動室外多地形機器人 摘要：本文介紹的設計和建造低成本履帶機器人用于在各種地形不規(guī)則室外使用。這種機器的許多組件不能被商業(yè)化，因此被定制生產(chǎn)。由此生產(chǎn)的車輛，能夠運載100公斤的載荷，可至少運作1個小時，能同時應對天氣和地面的變化。該機器人配備了足夠的處理能力，最終使得傳感器有能力自主完成指定的任務。 關鍵詞：多地形機器人，戶外機器人，機電一體化 1引言 在懷卡托大學機電集團興建了自主移動機器人車隊[1]，來探測室內表面的平坦[2]以及水下和平坦的戶外地形[4]。為實現(xiàn)這一車隊，一種低成本且能夠穿越不規(guī)則戶外地形機器人是必需的。成本低，在這種情況下指少于總機械元件成本的2000美元。新西蘭有顯著的農業(yè)，園藝和造林行業(yè)。潛在應用的多地形機器人包括自動牧場管理系統(tǒng)（與便攜式輻射綠色干物質結合的傳感器來自懷卡托大學），自動化樹“存貨管理干凈”的森林環(huán)境和自動化設備的除草，噴灑和收獲的作物。 戶外作業(yè)的機器人正變得越來越流行，尤其是涉及苛刻（火山和地球外表面），并在戰(zhàn)斗或暴亂區(qū)也有人類生命危險的環(huán)境條件的任務。例如，第一和第二但丁[5]（圖1），由外地機器人中心，卡內基梅隆大學研制開發(fā)了探索活火山的內臟，進行采樣和其他火山氣體構成的分析。但丁爆發(fā)后不久，我就開始下降但丁在南極洲山埃里伯斯系繩，但第二但丁成功收集的范圍從阿拉斯加的阿留申山斯珀爾高溫火山到噴氣孔的氣體樣本。使用系繩電纜，這些機器人能夠降到純粹的隕石坑壁的彈跳，以這樣的方式，可以跨過小于1米高的障礙。考慮到那些嘗試考察火山的學家的高死亡率，但丁機器人可能會越來越多地被利用。來自美國國家航空和航天局對這些機器人的資金投入表明了對這種多潛力的行星探索結構的關注。 另一個引人注目的多地形機器人是火星旅居機器人[6]（圖2）的噴氣推進實驗室開發(fā)的。這是一個只有11.5公斤，能運載600公斤載荷的機器人，可以工作在溫度低至-80℃的環(huán)境下。它采用搖桿轉向架懸掛系統(tǒng)，駕駛六輪無軸平臺。機箱 圖 1但丁第二多足機器人 圖 2火星旅居者多輪式機器人 是一個輕量級的鋁結構美晨推動直流電機與地球行星齒輪箱。該系統(tǒng)運動學上適應幾何地形和可以通過車輪直徑兩倍的障礙。主電源是在該車輛的頂部安裝了一個16周平板超過200個太陽能光伏電池。二次電源從三個不能充電得鋰亞硫酰氯電池中來（在-20℃每組電池包含三個額定8Ah的電池）。 雖然它們完成的具體任務，所涉及的元件成本與但丁和旅居項目是遠遠超出了這個項目的資源。更為現(xiàn)實的商業(yè)多地形系統(tǒng)，可用于購買，例如：先鋒P3-AT[7]。據(jù)稱，這種機器人能攀登百分之45級的9厘米門檻，可攜帶30公斤的有效載荷。在一個平面層，它可以以0.7米/ s的速度移動運行3至6小時，但在圖3所示 ，沼澤或崎嶇，將嚴重挑戰(zhàn)P3 - AT的穩(wěn)定性和實用性。此外，在美國還有以20，000元的價格（取決于具體配置）顯然超出了許多機器人的開發(fā)預算。 卡特彼勒履帶機器人（與之相比，走路，甚至蛇形輪式機器人）無論在商業(yè)或學術機構都格外難以找到。在御夫座[8]目前正在建設的工程學統(tǒng)計部門驗證共需全自動“蒂卡，大學德馬”拉加，但有關該設備的具體細節(jié)很難獲得。零的開始[9]是由隆德大學認知科學組嘗試，但是從沒有很好的完成任務，所以費用由他們自己出。卵石[10]的人工智能實驗室，美國麻省理工學院，是一個小規(guī)模，低載荷履帶軌機器人，作為一種形式設計的火星車，但實在太小，不能進行任何嚴重的有效載荷。在Eye Track [11]由機電和電子的西澳大利亞大學工程系，雖然安裝了導軌，實際上就是一個修改的模型車。 在另一個極端，地面監(jiān)視機器人（金沙江）[12]的空間和海戰(zhàn)系統(tǒng)中心，圣地亞 圖 3 先鋒 P3-AT 全地形機器人 圖4 MPRS組態(tài) 哥，加利福尼亞州，使用修改7噸的M - 114裝甲機器人平臺為載體的個人發(fā)展。 塔瑪?shù)谋銛y式機器人系統(tǒng)（MPRS）[13]，由美國國防部資助的，是一個中等大小的履帶軌機器人。其傳感器包括三進兩側視聲納，兩個五年夏普元素陣列近紅外三角測距傳感器，精確導航電子指南針，四個微型雙鹵素前大燈和針孔攝影機，攝像系統(tǒng)有能力傾斜90°以上或以下的水平，附加驅動攝像系統(tǒng)隨后補充，以加強有關感知障礙，一個人操作的角度方向看車。該平臺是修改后的福斯特，米勒萊明基地，目的是完全可逆（它不可以被倒放或正面朝上）和潛水功能（圖 4）。它的大致尺寸為500毫米×39毫米×20毫米（長×寬×高）的2-6小時操作時間（使用電池而定）。雖然這個系統(tǒng)接近所需要的，其中大部分裝置還處在手工制作程度，并有幾十萬美元的價格。由于沒有什么合適的可以提供，決定由現(xiàn)時的作者創(chuàng)建自己的多地形機器人。一旦建成，機器將配備足夠的傳感器和情報自行操作。雖然自主導航和其他問題，特別是有關發(fā)展和就業(yè)的一個多地形自主車，這些問題將不涉及本文件。重點是，相反的，是在設計和車輛的機械部件施工的規(guī)定，該設施必須對高層次軟件算法存在，將在以后實施。 2說明書 機器人的初始戶外操作環(huán)境是牧場和新西蘭懷卡托地區(qū)的森林。可以預計，將環(huán)境溫度大約在-5至32℃，濕度在20至百分之100的地面條件范圍將包括平坦堅硬的表面，水澇泥濘的地面，道路覆蓋著松散的巖石和石塊，并與（小于0.3米高）碎片覆蓋地形。該設備必須是尖端性，并能夠坡地遍歷。它必須能抵御各種天氣不受飛濺的影響，或者被蓋滿泥土也不受影響。高速并不重要，但良好的機動性，是能夠促進躲避障障的。設計應該讓未來的傳感器很容易添加和執(zhí)行，能支持外在有效載荷100公斤。最后，設備必須具備足夠的人工智能程序，并能夠以自主的方式運作至少1個小時。 3方法 在對室內安全作為機器人開發(fā)的機器人設計過程中修訂的形式（詳見參考文獻[2]）是采用符合下列要求的位置： 1．適當?shù)倪\動形式適合于預期的地形挑選，可以達到設定的速度，穩(wěn)定性和操縱性要求，同時很容易被控制和成本低。 2．一個合適的電機和傳輸系統(tǒng)是必須的。 3．電力需求近似按照車的要求選擇了預期持續(xù)2個巡邏。 4．根據(jù)要求3的結果，估計需要的電力需求的傳感器，致動器、電子(包括計算機板)被添加到形式的近似電壓供電能力要求，機器人將會需要。 5．注意要求4的這個結果，適合的電源被選中。 6．馬達，傳動和電池或電池形成了機器人的質量的重要部分。既然選擇這些組件，一個底盤的設計草案已經(jīng)制作了這些組件已低到極限（以便提供盡可能穩(wěn)定機器人），而不是太低，該機器人可以預料穿越障礙犯規(guī)。如前所述該機箱設計達到操縱性和穩(wěn)定性的要求。 7．該基地的要求6，底盤的設計延伸，以納入傳感器和電子設備。在底盤設計和安裝的所有組成部分，并指出了電子產(chǎn)品需要保護外殼。 8．這些傳感器與致動器被連接到控制電路。 9．該軟件控制系統(tǒng)的建立是為了操作設備。 4運動 該機器人的運動形式必須能夠在粗糙和崎嶇地帶運作。沒有可以假設的堅實地形，設備必須能穿越沼澤領域以及干燥無情的路徑。自行車或三輪車輪式安排有問題，滾輪和方向盤穩(wěn)定的確很容易與地面失去接觸。四或多輪的安排（如火星旅居者）提供了一個非常穩(wěn)定的平臺，并在每表面負荷減少了車輪區(qū)，一種屬性，特別是在軟，寬松和沼澤的地形有利。理想的多輪驅動裝置將與全輪驅動懸掛系統(tǒng)動態(tài)調整。然而，這種類型的系統(tǒng)需要復雜的力學與相關的成本增加。 設計一個腿排列將進一步增加復雜性。雙足單位如本田的研制[14]需要大量的資源建設與管理，盡管方面的優(yōu)勢，可以多樣化[15]，成本的兩足裝置是禁止的。六至八只腳的機器人更穩(wěn)定，易于操作，但同樣的機械系統(tǒng)是復雜的和昂貴的，特別是考慮到100公斤有效載荷的要求。這個有效載荷標準也排除盤旋或爬行[16、17]選項，正變得越來越受歡迎的搜索和救援行動。 …… 附件2：外文原文（復印件）