机器人应用方案

把机器人大卸八块我们已经看过那么多形状各异的机器人了，总结起来，不论机器人的外观如何，它们总是和人一样，有身体部分，感知环境的装置、对感知信息处理并自身决定行动的部分、执行运动的装置、以及机器人之间相互说话的装置所构成。1.2.1谢克（SHAKEY）机器人有眼睛和车组成，受中央计算机控制，具有初级感知能力，能自主生成程序，完成把木箱从一个房间搬到另一个房间的实验。不过当时研究这台机器人的目的在于进行人工智能的实验。而不是直接应用。在SHAKEY机器人出现后日本、英国也相继研制了较为使用的初级智能机器人，如配有触觉和操作器的机器人，有简易视觉和操作的手眼系统，开始在机械装配、产品检验、击沉放电路的氩焊，弧焊等方面的使用。再后来出现了一些高级的机器人，它们一般都具感觉识别、理解和决策的能力。高级智能机器人的视觉一般根据喙是摄像机的输入的二维图像进行三维的景物分析，有的还配有激光红外和超声传感器，输入有关距离、方位和颜色等信息。机器人的听觉使它能挺动人的口令和有线口语。他的触觉包括力觉、接近觉、接触绝、压觉和滑觉等。主要用于检测和控制手的抓握能力判断简单物体的形状，轻重和软硬等，也用于回避障碍和自我保护等方面。他一般用视觉进行大范围的搜索，而用触觉进行小范围的调整。现代的机器人以感觉信息为基础的智能机器人正向以知识为基础的机器人方向发展。1.2.2机器人的功能结构从前面的内容来看，机器人的外观并不重要，重要的是机器人是怎么自主，自动的完成人们赋予他的任务的。要说清楚这个问题，我们需要将机器人进行功能上的划分。按最简单的情况机器人可以分为传感器系统、决策系统、运动控制系统。同时，机器人总的有个身体称为机械系统。这样机器人就有四个部分了及其热总是为某一个特定的任务而设计的，因此机器人在执行任务时候首先要通过传感器获得其自身、环境、任务对象的情况，然后与给定的任务相比较，根据比较的结果，据侧系统决定下一步的动作并发出指令，运动系统执行命令，机器人自身、环境以及任务对象的情况发生变化，并被传感器系统获取到新的状态，在于给定的任务比较，如此周而复始。如图机器人的传感系统是为了获取自身、环境与任务对象当前的状态的。对于人而言这些信息中70%来自于眼睛。机器人的传感系统中最主要的感觉也来自于眼睛，即摄像机或摄像头。跟人一样，机器人还需要获得其他信息。因此，在机器人传感系统中往往是需要配备其他传感器，比如测量与障碍物的距离的超声波传感器，测量自己位置的微型惯性的传感器或者GPS接收机等。机器人的决策系统就非常明显了，他就是人的大脑。机器人的大脑是由计算机完成的。不过，出了我们常见的电脑以外，计算机还有很多种类型，例如基于DSP、单片机、PC104的嵌入式系统等。机器人的系统可分为两个部分，一个是机器人的脚，他富足机器人的本体运动的；另一部分是手，他负责完成对象的操作。机器人的脚可以向人的脚一样，但是很多时候它是由轮子，履带这类机构来完成的。机器人的手也是五花八门的例如在ROBOCUP中型组比赛中，有的机器人可以把足球挑射到十米远以外。当一项任务时由多个机器人完成的时候，机器人之间应该相互传递信息自己获得信息传给其他机器人，实现信息共享，因此还应增加一个通信系统；与人确定自己的位置一样，在机器人定位的时候他应当根据多种信息完成定位，也可以由其他的机器人来告诉自己的位置；档机器人做出一个行为决策的时候，他应当将自己的决策通知其他的机器人，同时也接受其他机器人的决策，对自己的行为动作做一定的修正；对于运动系统也应当继续划分控制和执行两个部分，控制部分对电机机械臂等给出直接的指令，执行部分才最终完成机器人运动与对象操作。、如图1.2.3机器人的硬件结构如图是一个完整的自主移动的机器人。显然机械结构是机器人身体的主要组成也是其它器件的支架。其中全景反射镜面和摄像头构成机器人的眼睛，他们采集图像信息并通过数据传输到电脑中；电脑进行图像处理从中找到走球与球门。并分析出足球与球门相对于机器人自身的方向，然后做出转弯、前进或后退的指令，发送到控制电路；控制电路收到指令以后将指令分解为四个轮子各自应该执行正向转动或者反向转动的动作并通过驱动电路给电机世家相应的电压，电机的转动带动车轮转动，四个轮的运动是机器人进行前进、后退或转弯。档机器人，足球，球门构成适当的角度时候，计算机发出指令通过控制电路是踢球机构工作，完成射门动作。】如图是机器人全景视觉图像系统。所谓的全景，是指机器人能够观察到自己周围360度的环境信息。实现全景视觉的关键部件是图1.2.5上部的圆锥面反射镜，机器人四周的光线射到圆锥面以后被反射到摄像头上，于是摄像头应能拍摄下自己周360度的环境信息了。通过圆锥面反射到摄像头的图像必定会出现畸变，不同的圆锥面其图形畸变的程度也是不同的。有的变化比较小可以，直接由计算机处理，提取特征信息；有的需要根据圆锥面设计时的数学方程，对图像信息进行数据反演消除畸变后，再由计算机进行处理。将摄像头及其支架揭开，就是机器人的大脑 笔记本电脑。在电脑上有很多接口，它接收其它器件传送过来的信息，并向机器人的其他部件发出信息指令。再把电脑及其支架揭开，就可以看待内部的结构了，如图其实里面并没有太多的东西，在途的中部是机器人的小脑，他们负责解算计算机的指令，形成机器人各个运动机构的控制命令，并改变是施加到机器人各个运动机构的电信信号，使得机器人完成计算机发出的指令。然后再不执行结果返回到计算机中。注意，在图1.2.7中左侧有一些数据线就是通过他们完成与电脑通信的。由于器件较多而显得凌乱把他们拿出来单独摆放并接上电机就构成机器人运动的控制系统。图1.2.8在图中供有4部分组成，其中1为控制器他实际上是微型计算机系统，在这里我们用的是单片机构成的，它负责解算机器人的指令、形成机器人各个运动机构的控制命令，并传到驱动器，及途中2的位置，驱动器将控制命令转化成电压信号，控制电机组建（部件3）的旋转方向与旋转速度。电机组件由直流电机，减速器和编码器组成。编码器位于电机组件的末端，当电机转动时他可以输出与电机转动角度成比例的脉冲到脉冲计数器（部件4）中，在这里脉冲计数器是由CPLD构成的。脉冲计数器再将单位时间内记录的脉冲数输入到控制器中，控制其根据脉冲数的多少即可知道电机的转动速度，并可以再将其返回到电脑中以供决策程序控制新的指令。将电机与轮子固连起来就构成了机器人的轮系，如图一般机器人可以采用两轮三轮或四轮结构几个车轮的合成运动就构成了机器人整个车身的运动。1.3机器人并不神秘自主移动机器人的设计、制作、与竞赛是一个极富与挑战的工作。也许在完成机器人的制作后，你还想进一步研究机器人的相关理论与技术。（1） 视觉技术（2） 人类或取得信息70%来自视觉，机器人的视觉也使其获得信息的关键。在机器人视觉技术中主要解决的问题是视觉处理速度与处理效果。一般的，两者是有冲突的，处理的效果越好，所用的时间越长。视觉处理的速度设计图像采集，目标识别等，影像处理效果的因素有事视野和图像分辨率。（3） 运动控制。自主移动的机器人无论轮式还是履带式等其他结构，都要及时准确的完成动作，需要寻找一种简洁、灵活的运动控制方案。同时机器人上还可以安装机械臂等器件完成对象操作，它同时需要精确，稳定的控制方案。（4） 导航和定位无论室内机器人还是室外机器人，都需要确定自己的方向与位置，才能做出动作决策。因此，导航与定位是自主移动机器人运动控制得前提。全自主足球机器人的导航方式主要有惯性仪表导航、视觉导航。在完成机器人定位的基础上，机器人更具获得的位置、方向、环境中的特征标志物，采用全局规划或局部路径规划算法实现导航。（5） 多传感器信息融合。机器人身体上可以安装各种传感器，以辅助机器人获取尽可能多的环境信息与自身状态信息。为了充分利用这些传感器的输出信息，需要研究如何对多传感器的输出信息进行融合，位居侧提供准确的信息。常用的方法有：加权平均法、贝叶斯估计、卡尔曼滤波、统计决策理论D-S证据推理、神经网络和模糊推理以及带置信因子生产式规则。（6） 多智能体协调技术。在完成第一胎机器人制作之后，你肯能想制作出更多的机器人，并利用他们完成同一项任务。就涉及到多智能体协调技术的研究与应用，其中主要对多智能体的体系结构、通信机制、感知与学习方法、建模和群体行为等方面的研究。（7） 无线通信技术。利用多个机器人完成一项任务时，需要机器人之间能够互相通信。这需要研究如何在机器人系统中进行无线通信，并保证通信的抗干扰性，高