基于慧魚(yú)組件的通訊排障機(jī)器人設(shè)計(jì)—控制部分設(shè)計(jì)【輪式機(jī)器人總體設(shè)計(jì)】

基于慧魚(yú)組件的通訊排障機(jī)器人設(shè)計(jì)—控制部分設(shè)計(jì)【輪式機(jī)器人總體設(shè)計(jì)】,輪式機(jī)器人總體設(shè)計(jì),基于慧魚(yú)組件的通訊排障機(jī)器人設(shè)計(jì)—控制部分設(shè)計(jì)【輪式機(jī)器人總體設(shè)計(jì)】,基于,組件,通訊,通信,機(jī)器人,設(shè)計(jì),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(jī)械設(shè)計(jì)和建造的流動(dòng)室外多地形機(jī)器人 摘要：本文介紹的設(shè)計(jì)和建造低成本履帶機(jī)器人用于在各種地形不規(guī)則室外使用。這種機(jī)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(yùn)載100公斤的載荷，可至少運(yùn)作1個(gè)小時(shí)，能同時(shí)應(yīng)對(duì)天氣和地面的變化。該機(jī)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(wù)。 關(guān)鍵詞：多地形機(jī)器人，戶外機(jī)器人，機(jī)電一體化 1引言 在懷卡托大學(xué)機(jī)電集團(tuán)興建了自主移動(dòng)機(jī)器人車隊(duì)[1]，來(lái)探測(cè)室內(nèi)表面的平坦[2]以及水下和平坦的戶外地形[4]。為實(shí)現(xiàn)這一車隊(duì)，一種低成本且能夠穿越不規(guī)則戶外地形機(jī)器人是必需的。成本低，在這種情況下指少于總機(jī)械元件成本的2000美元。新西蘭有顯著的農(nóng)業(yè)，園藝和造林行業(yè)。潛在應(yīng)用的多地形機(jī)器人包括自動(dòng)牧場(chǎng)管理系統(tǒng)（與便攜式輻射綠色干物質(zhì)結(jié)合的傳感器來(lái)自懷卡托大學(xué)），自動(dòng)化樹(shù)“存貨管理干凈”的森林環(huán)境和自動(dòng)化設(shè)備的除草，噴灑和收獲的作物。 戶外作業(yè)的機(jī)器人正變得越來(lái)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(xiǎn)的環(huán)境條件的任務(wù)。例如，第一和第二但丁[5]（圖1），由外地機(jī)器人中心，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)研制開(kāi)發(fā)了探索活火山的內(nèi)臟，進(jìn)行采樣和其他火山氣體構(gòu)成的分析。但丁爆發(fā)后不久，我就開(kāi)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?duì)柛邷鼗鹕降絿姎饪椎臍怏w樣本。使用系繩電纜，這些機(jī)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(guò)小于1米高的障礙?？紤]到那些嘗試考察火山的學(xué)家的高死亡率，但丁機(jī)器人可能會(huì)越來(lái)越多地被利用。來(lái)自美國(guó)國(guó)家航空和航天局對(duì)這些機(jī)器人的資金投入表明了對(duì)這種多潛力的行星探索結(jié)構(gòu)的關(guān)注。 另一個(gè)引人注目的多地形機(jī)器人是火星旅居機(jī)器人[6]（圖2）的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的。這是一個(gè)只有11.5公斤，能運(yùn)載600公斤載荷的機(jī)器人，可以工作在溫度低至-80℃的環(huán)境下。它采用搖桿轉(zhuǎn)向架懸掛系統(tǒng)，駕駛六輪無(wú)軸平臺(tái)。機(jī)箱 圖 1但丁第二多足機(jī)器人 圖 2火星旅居者多輪式機(jī)器人 是一個(gè)輕量級(jí)的鋁結(jié)構(gòu)美晨推動(dòng)直流電機(jī)與地球行星齒輪箱。該系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)上適應(yīng)幾何地形和可以通過(guò)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(gè)16周平板超過(guò)200個(gè)太陽(yáng)能光伏電池。二次電源從三個(gè)不能充電得鋰亞硫酰氯電池中來(lái)（在-20℃每組電池包含三個(gè)額定8Ah的電池）。 雖然它們完成的具體任務(wù)，所涉及的元件成本與但丁和旅居項(xiàng)目是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了這個(gè)項(xiàng)目的資源。更為現(xiàn)實(shí)的商業(yè)多地形系統(tǒng)，可用于購(gòu)買，例如：先鋒P3-AT[7]。據(jù)稱，這種機(jī)器人能攀登百分之45級(jí)的9厘米門檻，可攜帶30公斤的有效載荷。在一個(gè)平面層，它可以以0.7米/ s的速度移動(dòng)運(yùn)行3至6小時(shí)，但在圖3所示 ，沼澤或崎嶇，將嚴(yán)重挑戰(zhàn)P3 - AT的穩(wěn)定性和實(shí)用性。此外，在美國(guó)還有以20，000元的價(jià)格（取決于具體配置）顯然超出了許多機(jī)器人的開(kāi)發(fā)預(yù)算。 卡特彼勒履帶機(jī)器人（與之相比，走路，甚至蛇形輪式機(jī)器人）無(wú)論在商業(yè)或?qū)W術(shù)機(jī)構(gòu)都格外難以找到。在御夫座[8]目前正在建設(shè)的工程學(xué)統(tǒng)計(jì)部門驗(yàn)證共需全自動(dòng)“蒂卡，大學(xué)德馬”拉加，但有關(guān)該設(shè)備的具體細(xì)節(jié)很難獲得。零的開(kāi)始[9]是由隆德大學(xué)認(rèn)知科學(xué)組嘗試，但是從沒(méi)有很好的完成任務(wù)，所以費(fèi)用由他們自己出。卵石[10]的人工智能實(shí)驗(yàn)室，美國(guó)麻省理工學(xué)院，是一個(gè)小規(guī)模，低載荷履帶軌機(jī)器人，作為一種形式設(shè)計(jì)的火星車，但實(shí)在太小，不能進(jìn)行任何嚴(yán)重的有效載荷。在Eye Track [11]由機(jī)電和電子的西澳大利亞大學(xué)工程系，雖然安裝了導(dǎo)軌，實(shí)際上就是一個(gè)修改的模型車。 在另一個(gè)極端，地面監(jiān)視機(jī)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(jī)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(jī)器人平臺(tái)為載體的個(gè)人發(fā)展。 塔瑪?shù)谋銛y式機(jī)器人系統(tǒng)（MPRS）[13]，由美國(guó)國(guó)防部資助的，是一個(gè)中等大小的履帶軌機(jī)器人。其傳感器包括三進(jìn)兩側(cè)視聲納，兩個(gè)五年夏普元素陣列近紅外三角測(cè)距傳感器，精確導(dǎo)航電子指南針，四個(gè)微型雙鹵素前大燈和針孔攝影機(jī)，攝像系統(tǒng)有能力傾斜90°以上或以下的水平，附加驅(qū)動(dòng)攝像系統(tǒng)隨后補(bǔ)充，以加強(qiáng)有關(guān)感知障礙，一個(gè)人操作的角度方向看車。該平臺(tái)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(zhǎng)×寬×高）的2-6小時(shí)操作時(shí)間（使用電池而定）。雖然這個(gè)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(wàn)美元的價(jià)格。由于沒(méi)有什么合適的可以提供，決定由現(xiàn)時(shí)的作者創(chuàng)建自己的多地形機(jī)器人。一旦建成，機(jī)器將配備足夠的傳感器和情報(bào)自行操作。雖然自主導(dǎo)航和其他問(wèn)題，特別是有關(guān)發(fā)展和就業(yè)的一個(gè)多地形自主車，這些問(wèn)題將不涉及本文件。重點(diǎn)是，相反的，是在設(shè)計(jì)和車輛的機(jī)械部件施工的規(guī)定，該設(shè)施必須對(duì)高層次軟件算法存在，將在以后實(shí)施。 2說(shuō)明書(shū) 機(jī)器人的初始戶外操作環(huán)境是牧場(chǎng)和新西蘭懷卡托地區(qū)的森林。可以預(yù)計(jì)，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(jiān)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(shè)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(jī)動(dòng)性，是能夠促進(jìn)躲避障障的。設(shè)計(jì)應(yīng)該讓未來(lái)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(shè)備必須具備足夠的人工智能程序，并能夠以自主的方式運(yùn)作至少1個(gè)小時(shí)。 3方法 在對(duì)室內(nèi)安全作為機(jī)器人開(kāi)發(fā)的機(jī)器人設(shè)計(jì)過(guò)程中修訂的形式（詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)[2]）是采用符合下列要求的位置： 1．適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)形式適合于預(yù)期的地形挑選，可以達(dá)到設(shè)定的速度，穩(wěn)定性和操縱性要求，同時(shí)很容易被控制和成本低。 2．一個(gè)合適的電機(jī)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(yù)期持續(xù)2個(gè)巡邏。 4．根據(jù)要求3的結(jié)果，估計(jì)需要的電力需求的傳感器，致動(dòng)器、電子(包括計(jì)算機(jī)板)被添加到形式的近似電壓供電能力要求，機(jī)器人將會(huì)需要。 5．注意要求4的這個(gè)結(jié)果，適合的電源被選中。 6．馬達(dá)，傳動(dòng)和電池或電池形成了機(jī)器人的質(zhì)量的重要部分。既然選擇這些組件，一個(gè)底盤的設(shè)計(jì)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(jī)器人），而不是太低，該機(jī)器人可以預(yù)料穿越障礙犯規(guī)。如前所述該機(jī)箱設(shè)計(jì)達(dá)到操縱性和穩(wěn)定性的要求。 7．該基地的要求6，底盤的設(shè)計(jì)延伸，以納入傳感器和電子設(shè)備。在底盤設(shè)計(jì)和安裝的所有組成部分，并指出了電子產(chǎn)品需要保護(hù)外殼。 8．這些傳感器與致動(dòng)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(shè)備。 4運(yùn)動(dòng) 該機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)形式必須能夠在粗糙和崎嶇地帶運(yùn)作。沒(méi)有可以假設(shè)的堅(jiān)實(shí)地形，設(shè)備必須能穿越沼澤領(lǐng)域以及干燥無(wú)情的路徑。自行車或三輪車輪式安排有問(wèn)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(gè)非常穩(wěn)定的平臺(tái)，并在每表面負(fù)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(qū)動(dòng)裝置將與全輪驅(qū)動(dòng)懸掛系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)整。然而，這種類型的系統(tǒng)需要復(fù)雜的力學(xué)與相關(guān)的成本增加。 設(shè)計(jì)一個(gè)腿排列將進(jìn)一步增加復(fù)雜性。雙足單位如本田的研制[14]需要大量的資源建設(shè)與管理，盡管方面的優(yōu)勢(shì)，可以多樣化[15]，成本的兩足裝置是禁止的。六至八只腳的機(jī)器人更穩(wěn)定，易于操作，但同樣的機(jī)械系統(tǒng)是復(fù)雜的和昂貴的，特別是考慮到100公斤有效載荷的要求。這個(gè)有效載荷標(biāo)準(zhǔn)也排除盤旋或爬行[16、17]選項(xiàng)，正變得越來(lái)越受歡迎的搜索和救援行動(dòng)。 …… 附件2：外文原文（復(fù)印件）