輪式移動機器人的結構設計開題報告.doc

南昌航空大學科技學院學士學位論文開題報告1一、選題的依據(jù)及意義：輪式移動機器人具有良好的穩(wěn)定性、較快的移動能力等優(yōu)點，在足球機器人比賽等領域得到了廣泛的應用。機器人的應用越來越廣泛,幾乎滲透到所有領域。移動機器人是機器人學中的一個重要分支。早在60年代,就已經(jīng)開始了關于移動機器人的研究。關于移動機器人的研究涉及許多方面,首先,要考慮移動方式,可以是輪式的、履帶式、腿式的,對于水下機器人,則是推進器。其次,必須考慮驅動器的控制,以使機器人達到期望的行為。第三,必須考慮導航或路徑規(guī)劃,對于后者,有更多的方面要考慮,如傳感融合,特征提取,避碰及環(huán)境映射。因此,移動機器人是一個集環(huán)境感知、動態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多種功能于一體的綜合系統(tǒng)。對移動機器人的研究,提出了許多新的或挑戰(zhàn)性的理論與工程技術課題,引起越來越多的專家學者和工程技術人員的興趣,更由于它在軍事偵察、掃雷排險、防核化污染等危險與惡劣環(huán)境以及民用中的物料搬運上具有廣闊的應用前景,使得對它的研究在世界各國受到普遍關注。二、國內外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻綜述）：2.1國外移動機器人的發(fā)展概況2.1.1室外幾種典型應用移動機器人美國國家科學委員會曾預言:“20世紀的核心武器是坦克,21世紀的核心武器是無人作戰(zhàn)系統(tǒng),其中2000年以后遙控地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)將連續(xù)裝備部隊,并走向戰(zhàn)場”。為此,從80年代開始,美國國防高級研究計劃局(DARPA)專門立項,制定了地面天人作戰(zhàn)平臺的戰(zhàn)略計劃。從此,在全世界掀開了全面研究室外移動機器人的序幕,如DARPA的“戰(zhàn)略計算機”計劃中的自主地面車輛(ALV)計劃(19831990),能源部制訂的為期10年的機器人和智能系統(tǒng)計劃(RIPS)(19861995),以及后來的空間機器人計劃；日本通產(chǎn)省組織的極限環(huán)境下作業(yè)的機器人計劃；歐洲尤里卡中的機器人計劃等。初期的研究,主要從學術角度研究室外機器人的體系結構和信息處理,并建立實驗系統(tǒng)進行驗證。雖然由于80年代對機器人的智能行為期望過高,導致室外機器人的研究未達到預期的效果,但卻帶動了相關技術的發(fā)展,南昌航空大學科技學院學士學位論文開題報告2為探討人類研制智能機器人的途徑積累了經(jīng)驗,同時,也推動了其它國家對移動機器人的研究與開發(fā)。進入90年代,隨著技術的進步,移動機器人開始在更現(xiàn)實的基礎上,開拓各個應用領域,向實用化進軍(圖2-11a、b)。（a）（b）圖2-11實用化機器人由美國NASA資助研制的“丹蒂II”八足行走機器人（圖2-11c）,是一個能提供對高移動性機器人運動的了解和遠程機器人探險的行走機器人。它與其他機器人,如NavLab,不同之處是它于1994年在斯珀火山的火山口中進行了成功的演示,雖然在返回時,在一陡峭的、泥濘的路上,失去了穩(wěn)定性,倒向了一邊,但作為指定的探險任務早己完成。其它機器人（圖2-11d）在整個運動過程中,都需要人參與或支持。丹蒂計劃的主要目標是為實現(xiàn)在充滿碎片的月球或其它星球的表面進行探索而提供一種機器人解決方案。（c）（d）圖2-11八足行走機器人南昌航空大學科技學院學士學位論文開題報告3美國NASA研制的火星探測機器人索杰納（圖2-11e）1997年登上火星,這一事件向全世界進行了報道。為了在火星上進行長距離探險,又開始了新一代樣機的研制,命名為Rocky7(圖2-11f),并Lavic湖的巖溶流上和干枯的湖床上進行了成功的實驗。（e）（f）圖2-11索杰納圖2-11Rocky7德國研制了一種輪椅機器人（圖2-11g）,并在烏爾姆市中心車站的客流高峰期的環(huán)境和1998年漢諾威工業(yè)商品博覽會的展覽大廳環(huán)境中進行了實地現(xiàn)場表演。該輪椅機器人在公共場所擁擠的、有大量乘客的環(huán)境中,進行了超過36個小時的考驗,所表現(xiàn)出的性能是其它現(xiàn)存的輪椅機器人或移動機器人所不可比的。這種輪椅機器人是在一個商業(yè)輪椅的基礎上實現(xiàn)的。（g）圖2-11輪椅機器人南昌航空大學科技學院學士學位論文開題報告4國外還研制了一種獨輪機器人（圖2-11h、i）,它與具有靜態(tài)穩(wěn)定性的多輪移動機器人相比,具有很好的動態(tài)穩(wěn)定性,對姿態(tài)干擾的不敏感性,高可操作性,低的滾動阻力,跌倒的恢復能力和水陸兩用性。這是運動性的一種新概念。（h）（i）圖2-11獨輪機器人2.1.2高完整性機器人沒有一個系統(tǒng)可以做到100%可靠。一個可靠機器人是指它一直正常地工作。一個高完整性機器人(圖2-12)則時刻監(jiān)視自己的行為,一旦發(fā)現(xiàn)異常,立即停止運轉。因此,一個高完整性機器人并不一定要連續(xù)工作,但工作時，一定是正確的。圖2-12高完整性機器人南昌航空大學科技學院學士學位論文開題報告52.1.3遙控移動機器人對機器自主性的挑戰(zhàn)來自要求完成的任務和高度非結構化和變化的環(huán)境。在大多數(shù)室外環(huán)境中,要求機器完全自主地完成任務,目前還有一定的困難。遠程操作的半自主機器人,毫無疑問,是一個發(fā)展方向。因此先進的遠程操作技術是將來必需的。完全遙現(xiàn)是實現(xiàn)遠程操作一個或幾個移動機器人的最佳可能方案,但太貴。研制一套適于遠程操作的、使用起來既自然又容易的人機交互方案是必需的（圖2-13）。在未知和變化的環(huán)境中,頭部跟蹤系統(tǒng)有幫助,且是可行的。圖2-13遙控移動機器人2.1.4環(huán)境與移動機器人集成H.Ishiguro通過對以前機器人研究工作的回顧,發(fā)現(xiàn)過去智能機器人的工作主要集中在自主性上。因此,他提出了一個新概念:感知信息基礎設施。就象人需要道路、交通信號燈等一樣,機器人為了在一個動態(tài)變化的環(huán)境中行動,也同樣需要基礎設施。作者將一個用于導航移動機器人的分