外文翻譯--一種室內(nèi)境導(dǎo)航條件下自主智能移動機(jī)器人系統(tǒng)的研究.doc

中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)外文資料翻譯系別：工程技術(shù)系專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化姓名：學(xué)號：2011年12月31日外文資料翻譯譯文一種室內(nèi)境導(dǎo)航條件下自主智能移動機(jī)器人系統(tǒng)的研究摘要這種為室內(nèi)境導(dǎo)航條件下設(shè)計(jì)生產(chǎn)的自主移動機(jī)器人系統(tǒng)是一個(gè)不完整的差速傳動系統(tǒng)，它有兩個(gè)安裝在同一軸上通過兩個(gè)PID控制的電機(jī)驅(qū)動的驅(qū)動輪和兩個(gè)分別安裝在前部和后部的腳輪。它裝備了大量的傳感器，比如紅外探測器，超聲波傳感器，激光線發(fā)生器和數(shù)碼相機(jī)，通過這些傳感器來感知它的周圍循環(huán)境。它的計(jì)算源是由多任務(wù)多程序處理功能的多處理器組成的同步運(yùn)行系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的任務(wù)，這種移動機(jī)器人采用了混合的控制結(jié)構(gòu)。它在智能設(shè)計(jì)中心設(shè)計(jì)完成，在香港城市大學(xué)制造調(diào)試。關(guān)鍵字：移動機(jī)器人；智能控制；傳感器；導(dǎo)航1簡介隨著自主移動機(jī)器人在工廠和服務(wù)業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。一些在設(shè)計(jì)，感覺，控制和導(dǎo)航等領(lǐng)域的投資已經(jīng)實(shí)施。對真實(shí)世界的反應(yīng)，探測循環(huán)境，沒有沖突的執(zhí)行已經(jīng)設(shè)計(jì)好的計(jì)劃以及完成想要其完成的任務(wù)是智能移動機(jī)器人的主要要求。作為人類，我們能夠很簡單的完成這些動作，但是對于機(jī)器人來說，將是非常的困難。一個(gè)自主移動機(jī)器人應(yīng)該運(yùn)用不同的傳感器來感知外部循環(huán)境以及轉(zhuǎn)換和認(rèn)識感知信息以在執(zhí)行任務(wù)時(shí)能夠通過適當(dāng)?shù)乃惴ㄖ贫ò踩囊苿勇窂健ＴS多不同的傳感器被安裝在移動機(jī)器人上用來避障，位置確定，移動感知，導(dǎo)航和內(nèi)部控制方面，這些傳感器有射程傳感器，光傳感器，力傳感器，聲傳感器，軸編碼器，陀螺儀。許多人用紅外和超聲波傳感器搜尋在都達(dá)目的地的障礙。激光距離探測器也在移動機(jī)器人混亂空間中的部長方式中得到應(yīng)用。數(shù)碼相機(jī)在移動機(jī)器人視覺系統(tǒng)中也得到了應(yīng)用。盡管有很多不同種類的傳感器可以利用，但是傳感器并不意味著就是獲得。傳感器從外界循環(huán)境獲得的信息必須認(rèn)真地處理認(rèn)識才能夠被完全地利用到指導(dǎo)移動機(jī)器人對真實(shí)世界不斷變化的動作中。國內(nèi)或者國外，引導(dǎo)移動機(jī)器人的方向以便讓它最終到達(dá)目的地和接近的過程中避障是對移動機(jī)器人最基本的基本要求。一些實(shí)現(xiàn)這些任務(wù)流行的方法包括邊緣檢測，網(wǎng)格分析和潛在范圍法。由于這些方法的局限性，模糊邏輯和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)被應(yīng)用到移動機(jī)器人定位和導(dǎo)航的信息整合中，以及移動機(jī)器人的運(yùn)動控制中。應(yīng)用模糊邏輯我們避免了一些傳統(tǒng)人工智能控制系統(tǒng)中規(guī)劃階段與工作模式方法相關(guān)的計(jì)算瓶頸。雖然模糊控制方法是強(qiáng)大的，但是它不能適應(yīng)隨著時(shí)間改變參數(shù)的情況。這樣神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)功能被應(yīng)用定義模糊控制輸入輸出的數(shù)據(jù)框架。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中潛入模糊規(guī)則和知識庫以便通過一種反向傳播算法進(jìn)行訓(xùn)練，卡爾曼濾波技術(shù)對多傳感器信息集成和本地化增量跟蹤是很有效的方法。為了控制移動機(jī)器人有大量的動作，布魯克斯提出了包容結(jié)構(gòu)，它可以描述任務(wù)實(shí)現(xiàn)行為層的機(jī)械判別。這種判別是一種可以決定那個(gè)動作應(yīng)該在大量的行為同時(shí)沖突作用時(shí)應(yīng)該進(jìn)行的方法。阿金提出的模式基礎(chǔ)反應(yīng)控制思想是將動作分解成叫做電機(jī)模式的并發(fā)步驟。每一種模式代表一種基本行為；這樣模式的集合提供了潛在的移動機(jī)器人控制動作知識庫。每一個(gè)基本的動作行為產(chǎn)生一個(gè)基于傳感器數(shù)據(jù)的速度向量，結(jié)果被傳送到機(jī)器人的控制中。朗應(yīng)用基本的機(jī)器結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)基本動作之間的轉(zhuǎn)換，基于這種結(jié)構(gòu)的機(jī)械裝置，基本動作就和理論上的一樣，推理和研究可以被協(xié)調(diào)完成一些復(fù)雜的任務(wù)。這篇文章介紹了我們自主移動機(jī)器人的實(shí)現(xiàn)。以上提到的方面在這篇文章中得到了各方面的討論。2移動機(jī)器人系統(tǒng)的綜述一個(gè)自主移動機(jī)器人基本的應(yīng)該有探測它周圍循環(huán)境，處理數(shù)據(jù)，以及判斷和移動其自身的的能力。我們的移動機(jī)器人集合了多種子系統(tǒng)：機(jī)械和驅(qū)動子系統(tǒng)，感知子系統(tǒng)，計(jì)算源子系統(tǒng)制作決定子系統(tǒng)以及電源供給供給系統(tǒng)。這種機(jī)械形狀和驅(qū)動方式可以說是在移動機(jī)器人的設(shè)計(jì)中尚屬首創(chuàng)。一個(gè)機(jī)器人的外觀可以決定它有多么的抗沖擊，直流伺服電機(jī)或者步進(jìn)電機(jī)是兩種常用的制動器。機(jī)器人的外形將影響到組建的配置，美觀，甚至機(jī)器人的移動方式。一種失敗的外形將使機(jī)器人在雜亂的屋子里更容易掉到陷阱里或者不能在路窄的地方發(fā)現(xiàn)他需要的路徑。我們選擇了八面體的外形，這讓他有矩形和圓形的雙重優(yōu)點(diǎn)，并且克服了它們的缺點(diǎn)。這種八面體外形的機(jī)器人容易制造，內(nèi)部的組件容易布局，容易通過窄的路徑，在角落和有物體的地方旋轉(zhuǎn)，并且外表看起來美觀。這種子系統(tǒng)的概念可以實(shí)現(xiàn)從外部循環(huán)境得到多種數(shù)據(jù)的任務(wù)，包括機(jī)器人到障礙物的距離，地標(biāo)等等。紅外和超聲波距離傳感器，激光距離探測器和數(shù)碼相機(jī)被利用裝載在這種移動機(jī)器人中以對周圍循環(huán)境產(chǎn)生感知。這些傳感器被一些同時(shí)工作可以計(jì)劃分配任務(wù)的微處理器獨(dú)立控制，而且被當(dāng)前利用的程序進(jìn)程調(diào)度。目前，紅外和超聲波距離傳感器，激光距離探測器被用來發(fā)現(xiàn)障礙物并且測量循環(huán)境中障礙物到機(jī)器人的距離，數(shù)碼相機(jī)被用作定位和導(dǎo)航。判斷子系統(tǒng)是智能移動機(jī)器人在識別利用感知子系統(tǒng)獲得的信息中最重要的部分。他通過一些智能控制算法獲得合理的結(jié)果，并且引導(dǎo)移動機(jī)器人的動作。在我們的移動機(jī)器人系統(tǒng)中，智能的實(shí)現(xiàn)是基于行為主義和古典規(guī)劃原則。判斷系統(tǒng)由兩個(gè)層面組成：基于智慧苦的大量任務(wù)規(guī)劃和工作循環(huán)境圖活動的控制以對應(yīng)動態(tài)的真實(shí)世界。判斷系統(tǒng)的動作任務(wù)被分解成機(jī)器人建立要動作級別實(shí)現(xiàn)的任務(wù)。模糊理論在一些基本的動作中得到了應(yīng)用。動態(tài)機(jī)的機(jī)械理念被應(yīng)用以協(xié)調(diào)不同的動作。因?yàn)榇罅康碾娮悠骷?，如距離傳感器，數(shù)碼相機(jī)，畫面擷取器，激光直線發(fā)生器，微處理器，直流電機(jī)和編碼器在移動機(jī)器人中得到應(yīng)用，所以電源必須提供不同的幅值的穩(wěn)定電壓以及足夠的電能。和普通的移動機(jī)器人電源解決方案一樣，在我們的移動機(jī)器人中應(yīng)用了兩個(gè)密封的24V輸出電池組用來給電機(jī)驅(qū)動組件和電子器件提供24V,15V,+-12V,+-9V,+-5V的電源。為了轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)電壓，應(yīng)用DC-DC轉(zhuǎn)換器，因?yàn)樗鼈兊母咝?，低輸出紋波和噪聲，以及全電壓范圍。三個(gè)主要的處理器是一些大程序和判斷程序可以運(yùn)行的摩托羅拉MC68040單板計(jì)算機(jī)。這種MC68040板并列運(yùn)行用VME總線共用同一內(nèi)存。三個(gè)摩托羅拉MC68HC11的處理器用作紅外和超聲波距離傳感器的低端控制器，它和主處理器通過一定的端口進(jìn)行通信。這種大量處理器系統(tǒng)被分解成一個(gè)分層的和分布式結(jié)構(gòu)以建立快速的信息采集和快速反應(yīng)。一個(gè)實(shí)時(shí)的控制的多處理器多任務(wù)處理操作系統(tǒng)在主處理器上和諧的運(yùn)行以解決多處理多任務(wù)的程序。和諧就是只有當(dāng)運(yùn)行循環(huán)境時(shí)程序被下載到交叉編譯的可執(zhí)行映像執(zhí)行。表一是移動機(jī)器人的硬件結(jié)構(gòu)。3機(jī)器人的控制對于機(jī)器人三個(gè)最基本的驅(qū)動系