机器人机电一体化设计中英文对照外文翻译文献

机器人机电一体化设计中英文对照外文翻译文献机器人机电一体化设计中英文对照外文翻译文献(文档含英文原文和中文翻译)译文：机器人系统的机电一体化设计1.1概述本文是研究一个试验性协同工作机器人系统的机电一体化设计，内容包括：系统设计、实践运用和检验。本研究工作运用了两个主要的学科：它们是机器人社会工程框架的通用概念和操作自动移动多机器人合作系统的控制架构，这个原型的系统是由多个需要在液体环境中使用的移动机器人传感器或制动器组成。

作为一个研究领域,多机器人合作系统是一个相对较新的科学领域。在先前研究移动机器人平台和自治模型的基础上，1980年代，官方授意了人工智能的代理人；在1990年代初，人们对多机器人系统的兴趣开始成长并且迅速扩张。也许这个时间还没有到来，或者技术方面还不成熟，但是到目前为止，尚未形成一个统一的来控制多机器人合作的控制架构或完善的理论。因此，这一领域一直是根据实践来研究的。各种多机器人系统的潜在应用范围是非常广泛的，它们包括人们日常生活中的微制造业和遥远的地球外的行星任务。全球领先的机器人实验室和研究团体介绍了数十种方法作为多机器人合作系统的控制架构。尽管实际评价与各自的物理模型已经证明非常重要，许多推荐的系统仍仅或多或少地作为理论研究模型。在感知、通信、移动等方面还存在局限。机器人在正确动态的指令下仍出现犯错的情况，这证明了许多好的想法在技术上不可行。机器人合作系统在科学和技术方面涵盖了很大的范围。为了给这些系统的某些关键领域命名，必须运用到自主运作、合作、自组织、分布式感知、分布式控制方面机器人的概念。可以看到,先进的多机器人系统正转变为一个真正的多学科的研究领域。机器人的智能行为所需的特征都来于控制架构，这个控制构架已经理解为程序结构，而不是任何特定软件的一部分。这个控制架构应该支持执行多个低端程序（如传感器的采样或通信），并且能执行高端的任务（如导航和性能的优化）。这个结构控制系统在一定程度上是可以通用的，但是输入（传感器）和输出（执行机构）之间的连接将附加到应用程序。由于复杂的系统需求，在设计机器人的软件和硬件之前，彻底的进行系统层面的分析和设计是一个重要的过程。因此，大量的注意力应该被放在用户界面的实现和在系统设计阶段的安全方面。机电一体化是实现机器人系统的一个重要技术。在这种背景下，机电一体化被人们理解为最智能和最先进的方法。现在先进的机电一体化技术集成了力学、电子和嵌入式软件学知识。在很多情况下，由于集成设计，这些元素的功能不能再被分开。并且,机械、电子和软件相互增强,价值大于他们独自的总和。自主移动机器人是说明机电一体化设备先进性的说明例子。在整个论文里，技术简化是另一个关键方面；在整个机电一体化设计过程中，尽管最大限度的减少和简化步骤，但是具体的解决方案仍然没有寻到。这个简化方法的局限性可以通过机器人的合作来弥补。极简的设计方案可以促进大规模生产的可靠。当1990年代早期多机器人的研究只是在小型自动化技术实验室时，出现了各种测试多机器人合作和控制行为的平台。在这种情况下，所谓的微型机器人系统的想法（在3.2节讨论）是在机器人系统概念的基础上发展的。第二年，也就是1994年，这些想法导致了一个研究项目的诞生，这些项目旨在建立一个完整的微型机器人操作演示系统来促进物理多机器人的研究。这个示范性系统由几种合作机器人组成。因此，水下导弹机器人（智能水下测量球和驱动程序）是智能的，组成的水下机器人都包含内部3D监视和液体环境控制的移动自治传感器、制动器。这些水下机器人都是严格遵守极简的方法设计的，举个例子，这方法导致机器人在这种状况下欠缺可操作性和只有粗略的区域定位能力。在真实的应用中，这种水下炸弹类型的传感器、制动器机器人可以增加过程仪表的标准,还可以作为在溢流过程中控制某些任务的自动化系统的一部分。在图1.1中，为开发系统的主要功能特性说明，在图中显示的是物理模型微型机器人的运动情况。1.2研究动机和目的本论文研究背后的动机是研究、开发、和分析在一个新的环境下水下多机器人学术论文所需的技术。在水下炸弹机器人原型机电一体化的开发过程中，在联合各种机器设备和智能仪器特征的情况下新的解决方案创新了出来。然而，终极目标是建立一系列水下炸弹机器人原型来确保实际的机器人研究与机器人系统在一个3D实验测试环境中架构出来。研究工作为本论文进行了实践研究并且提出一个实际工程的观点。关于系统设计和机电一体化设计流程,特别是通过案例研究解决了以下的困难和问题:•创建一个在水下环境中工作的分布式机器人系统的最低限度前提是什么？•如何让一个简单的机器人变成一个能干的系统来应对复杂和多样的任务?•如何实现这些机器人的自组织和自优化结构?•如何促进合作机器人之间的简单交互?•在通信结构中需要的机制是什么?•什么是影响动态分布式多传感器感知和机器人意识的因素?1.3论文的科学贡献这篇论文的科学贡献包括以下主题:•介绍了一个新颖的通过各种溢流过程来水下使用的移动机器人传感器/致动器的概念。极简主义的机电一体化结构和模块化的水下炸弹机器人原型已经详细描述了力学、电子和软件方面的解决方案。也调查了相关技术和应用前景。•机器人系统作为一个系统性的框架来控制机器人合作任务已经制定了按配方制造的方法和提出了面向应用的工程观点。•大量注意力应该放在实现复合系统上。作为这项研究工作的成果，这个模型系统对如何结合机器人技术和未来工业化液体监控3D处理系统的想法已经成熟。•独特的水下导弹系统在实验室的测试环境下进行了分析与广泛的测试。系统是如何评价使用情况？哪里是仿真机器人执行的动态目标。机器人意识的发展和整个社会的集体意识也被在任务中研究。到目前为止，这是第一个分布式合作机器人系统在3D环境中的示范。1.4论文的大纲这篇论文的章节如下:第一章：简介。一个简短的对论文研究对象的介绍。第二章：自主机器人系统和移动仪器。各种机器人范畴，多机器人系统，和一些新方法为移动仪器相关论文的范围进行了综述。第三章：运用机器人系统的概念。在这一章,机器人系统及其控制的体系结构将作为工程概念被讨论。实验平台,简约的水下机器人，水下导弹将被介绍。第四章：机电一体化水下导弹机器人的结构。本章包含一个详细描述和为水下导弹机器人开发进行的力学分析，电子处理，和软件解决方案。第五章：水下导弹机器人系统的实验。测试环境中，对任务的定义，实验结果两个实验系列来进行功能验证和对水下导弹系统的运作进行分析，这将在这一章节提到。在第一系列的实验中，将进行分布式动态的搜索和摧毁目标的测试。第二个系列将分析在它们的使命中交流对机器人意识的发展。第六章：技术考虑。讨论各种水下导弹机器人技术增强的可行性的以及对于这样的机器人的潜在应用。第七章：结论。在这最后一章节对研究和结论进行了总结以及提出了对未来工作的建议。原文：MECHATRONICSDESIGNOFAROBOTSOCIETY1.1OverviewThisthesisdealswiththemechatronicsdesignofanexperimentalcooperativemulti-robotsystem,includingsystemsleveldesign,practicalimplementation,andtesting.Towmainsubjectsareintegratedintheresearchwork;thegenericconceptoftheRobotSocietyasanengineeringframeworkandcontrolarchitecturetocontrolanautonomouslyoperatingcooperativemobilemulti-robotsystem,andtheconstructedprototypesocietyconsistingofseveralmobilesensor/actuatorrobotsforsubmergeduseinaliquidenvironment.Asaresearchfield,cooperativemulti-robotsystemsisarelativelymewareaofscience.Basedonthepreviousresearchonmobileroboticplatformsandsimulatorstudiesonautonomous,AI-inspiredagentsinthe1980s,theinterestinmulti-robotsystemsstartedtogrowandexpandrapidlyatthebeginningofthe1990s.Maybethetimehasnotcomeyet,orthetechnologicalpremisesdonotexistyet,butatleastsofar,aunifiedorwell-establishedtheoryforacontrolarchitecturetocontrolacooperativemulti-robotmissionhasnotbeenformed.Therefore,researchinthisfieldhasbeenveryexperimentalbynature.Thescopeofpotentialapplicationsforvariousmulti-robotsystemsisenormouslywide,coveringdutiesfromeverydayhumanlifetomicro-scalemanufacturinganddistantextra-terrestrialplanetarymissions.Dozensofapproacheshavebeenintroducedbyleadingroboticslaboratoriesandresearchgroupsaroundtheworldascontrolarchitecturesforcooperativemulti-robotsystems.Manyoftheproposedsystemshaveremainedmoreorlessastheoreticalsimulatorstudiesonly,althoughpracticalevaluationwithrespectivephysicalembodimenthasprovenhighlyimportant.Practicallimitationsinperception,communication,mobility,etc.Encounteredbytherobotsinthedynamicreal-wordenvironmenthaveprovedmanygoodideastobetechnologicallyinfeasible.Cooperativemulti-robotsystemscoverawiderangeofscientificandtechnologicalaspects.Tonameafewkeyareasforthesesystems,theautonomousfunctioning,cooperation,self-organization,distributedperception,anddistributedcontrolofrobotshavetobementioned.Ascanbeseen,advancedmulti-robotsystemsturnoutasatrulymulti-disciplinaryresearcharea.Therequiredfeaturesfortheintelligentbehavioroftherobotsareallderivedfromthecontrolarchitecture,whichhastobeunderstoodratherasaprogramstructurethanasanyspecificpartofthesoftware.Thecontrolarchitectureshouldsupportparallelexecutionofseveralprogramprocessesatalowlevel(e.g.sensorsamplingorcommunication)andtasksatahighlevel(e.g.navigationoroptimizationofperformance).Thestructureofthecontrolarchitecturecanbegenericbynaturetoacertainextent,buttheconnectionstoinputs(sensors)andoutputs(actuators)attachthearchitecturetotheapplication.Duetothecomplexsystemrequirements,thoroughgoingsystemslevelanalysisanddesignisanessentialprocessbeforemovingontotheactualsoftwareandhardwaredesignoftherobots.Forexample,detailedattentionshouldbepaidtotheimplementationoftheuserinterfaceandsafetyfeaturesalreadyatthesystemsleveldesignphase.Mechatronicsisanessentialtechnologytotherealizationofaroboticsystem.Inthiscontext,mechatronicsisunderstoodinitsmostintelligentandadvancedmeaning.Today’sadvancedmechatronicsintegratesmechanics,electronics,andembeddedsoftware.Inmanycases,duetotheintegratednatureofthedesign,thefunctioningoftheseelementscannolongerbeclearlyseparated.Instead,mechanics,electronics,andsoftwareaugmenteachother,producingafunctionalvaluegreaterthantheirsumalone.Autonomousmobilerobotsareconcreteandillustrativeexamplesofadvancedmechatronicsdevices.Technologicalminimalismisanotherkeyaspectthroughoutthisthesis;concerningtheentiremechatronicsdesignprocess,maximallyreducedandsimplified,butstillfunctionalandrobustsolutionshavebeensought.Thelimitationsofthisminimalistapproacharecompensatedforwiththemultipleandcooperativeuseofrobots.Aminimalistdesignschemepromotesreliableandcost-effectivesolutionspreparedformassproduction.Whenmulti-robotresearchwasjustunderwayattheHUTAutomationTechnologyLaboratoryintheearly1990s,varioussuitableplatformswereconsideredtotesttheideasrelatedtocooperativemulti-robotbehaviorandcontrol.Inthiscontext,theideaoftheso-calledbacteriumrobotsociety(discussedinSection3.2)wasdevelopedbasedontheconceptoftheRobotSociety,see[Halmeetal.,1993].Inthefollowingyear,1994,thesethoughtsledtoaresearchproject,whichaimedatsettingupafullyoperationaldemonstrationsystemofabacteriumrobotsocietytoallowmulti-robotstudieswithphysicalrobots.Thedemonstrationsocietyconsistsofseveralcooperativerobotsmembers.ForthesepurposesSUBMAR(SmartUnderwaterBallforMeasurementandActuationRoutines)robotsweredeveloped.Thesearemobileautonomoussensor/actuatorplatformsintendedforthe3Dinternalmonitoringandcontrollingofliquidprocesses.Theseunderwaterrobotsaredesignedbystrictlyfollowingtheminimalistapproach,which,forinstance,resultsinunderactuatedmaneuverabilityandonlyrougharealpositioningcapabilitiesinthiscase.Inareal-worldapplication,theSUBMARtypeofsensor/actuatorrobotscouldaugmentstandardfixedprocessinstrumentationandasapartoftheautomationsystembycontrollingcertaintasksinflow-throughprocesses.InFigure1.1,themainfunctionalfeaturesofthedevelopedsystemareillustrated,whileFigureshowsthephysicalembodimentofthebacteriumrobotsocietyinaction.1.2MotivationandaimsforthestudyThemotivationforthestudybehindthisthesiswastoresearch,develop,andanalyzethetechnologyrequiredforthenovelbreedofmobileunderwaterrobotsalongwithmulti-robotstudiesinanewenvironment.InthemechatronicsdevelopmentprocessofSUBMARrobotprototypes,newsolutionswereinnovatedwhilecharacteristicsfromvarioustypesofroboticdevicesandintelligentinstrumentationwerecombined.However,theultimateaimwastosetupaprototypeseriesofSUBMARrobotstoenablepracticalmulti-robotstudieswithRobotSocietyarchitectureina3Dlaboratorytestenvironment.Researchworkforthisthesishasbeencarriedoutasahands-onstudytopresentapracticalengineeringpointofviewonthesubject.Concerningthesystemsdesignandmechatronicsdesignprocesses,thefollowingproblemsandquestionsinparticularhavebeenaddressedbymeansofacasestudy:•Whatarethetechnologicalpremisesforaminimalistapproachtocreateadistributedroboticsysteminanunderwaterenvironment?•Howcansimplerobotunitsbeturnedintoasystemcapableofcopingwithcomplexmissionsandmulti-tasking?•Howtoimplementtheself-organizingandself-optimizingstructuresoftheserobots?•Howtopromotecooperationinsimpleinteractionsbetweenrobots?•Whatmechanismsareneededinthecommunicationstructure?•Whatfactorsaffectthedynamicsofthedistributedmulti-sensorperceptionandrobotconsciousness?1.3ScientificcontributionofthedissertationThescientificcontributionofthisdissertationconsistsofthefollowingthemes:•Anovelmobilesensor/actuatorrobot-conceptforthesubmergeduseofvariousliquidflow-throughprocesseshasbeenintroduced.ThemechatronicsstructureofminimalistandmodularSUBMARrobotprototypeshasbeendescribedindetailincludingmechanics,electronics,andsoftwaresolutions.Relatedtechnologyandpotentialapplicationshavealsobeensurveyed.•TheconceptoftheRobotSocietyasasystems-levelframeworktocontrolamulti-robotmissionhasbeenformulatedandpresentedfromanapplication-orientedengineeringpointofview.•Agreatdealofattentionwasgiventothepracticalimplementationofthecomplexsystem.Asaresultofthisresearchwork,theprototypesystemhasmaturedyieldingideasonhowtocombineroboticsandtheprocessindustryinautomationsystemsmonitoringliquidprocessesin3D,inthefuture.•ThefunctioningoftheuniqueSUBMARsocietywasanalyzedwithextensivetestingwiththeactualrobotsinalaboratorytestenvironment.Theperformanceofthesystemwasevaluatedusinga?searchanddestroy??typeoftask,wheretherobotsperformedagainstemulateddynamictargets.Thedevelopmentofrobotconsciousnessandthecollectiveconsciousnessofthewholesocietywasalsostudiedduringthetaskexecution.Asfarasisknown,thishasbeenthefirstdistributedandcooperativemulti-robotsystemdemonstrationina3D-environment.1.4OutlineofthedissertationThechaptersofthisdissertationareorganizedasfollows:Chapter1:Introduction.Ashortintroductiontotheresearchsubjectsofthethesis.Chapter2:Autonomousroboticsystemsandmobileinstrumentation.Variousrobotcategories,multi-robo