輪式移動(dòng)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開題報(bào)告.doc

南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文開題報(bào)告1一、選題的依據(jù)及意義：輪式移動(dòng)機(jī)器人具有良好的穩(wěn)定性、較快的移動(dòng)能力等優(yōu)點(diǎn)，在足球機(jī)器人比賽等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。機(jī)器人的應(yīng)用越來越廣泛,幾乎滲透到所有領(lǐng)域。移動(dòng)機(jī)器人是機(jī)器人學(xué)中的一個(gè)重要分支。早在60年代,就已經(jīng)開始了關(guān)于移動(dòng)機(jī)器人的研究。關(guān)于移動(dòng)機(jī)器人的研究涉及許多方面,首先,要考慮移動(dòng)方式,可以是輪式的、履帶式、腿式的,對于水下機(jī)器人,則是推進(jìn)器。其次,必須考慮驅(qū)動(dòng)器的控制,以使機(jī)器人達(dá)到期望的行為。第三,必須考慮導(dǎo)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(dòng)機(jī)器人是一個(gè)集環(huán)境感知、動(dòng)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(dòng)機(jī)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(shù)課題,引起越來越多的專家學(xué)者和工程技術(shù)人員的興趣,更由于它在軍事偵察、掃雷排險(xiǎn)、防核化污染等危險(xiǎn)與惡劣環(huán)境以及民用中的物料搬運(yùn)上具有廣闊的應(yīng)用前景,使得對它的研究在世界各國受到普遍關(guān)注。二、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻(xiàn)綜述）：2.1國外移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展概況2.1.1室外幾種典型應(yīng)用移動(dòng)機(jī)器人美國國家科學(xué)委員會曾預(yù)言:“20世紀(jì)的核心武器是坦克,21世紀(jì)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(duì),并走向戰(zhàn)場”。為此,從80年代開始,美國國防高級研究計(jì)劃局(DARPA)專門立項(xiàng),制定了地面天人作戰(zhàn)平臺的戰(zhàn)略計(jì)劃。從此,在全世界掀開了全面研究室外移動(dòng)機(jī)器人的序幕,如DARPA的“戰(zhàn)略計(jì)算機(jī)”計(jì)劃中的自主地面車輛(ALV)計(jì)劃(19831990),能源部制訂的為期10年的機(jī)器人和智能系統(tǒng)計(jì)劃(RIPS)(19861995),以及后來的空間機(jī)器人計(jì)劃；日本通產(chǎn)省組織的極限環(huán)境下作業(yè)的機(jī)器人計(jì)劃；歐洲尤里卡中的機(jī)器人計(jì)劃等。初期的研究,主要從學(xué)術(shù)角度研究室外機(jī)器人的體系結(jié)構(gòu)和信息處理,并建立實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證。雖然由于80年代對機(jī)器人的智能行為期望過高,導(dǎo)致室外機(jī)器人的研究未達(dá)到預(yù)期的效果,但卻帶動(dòng)了相關(guān)技術(shù)的發(fā)展,南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文開題報(bào)告2為探討人類研制智能機(jī)器人的途徑積累了經(jīng)驗(yàn),同時(shí),也推動(dòng)了其它國家對移動(dòng)機(jī)器人的研究與開發(fā)。進(jìn)入90年代,隨著技術(shù)的進(jìn)步,移動(dòng)機(jī)器人開始在更現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)上,開拓各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域,向?qū)嵱没M(jìn)軍(圖2-11a、b)。（a）（b）圖2-11實(shí)用化機(jī)器人由美國NASA資助研制的“丹蒂II”八足行走機(jī)器人（圖2-11c）,是一個(gè)能提供對高移動(dòng)性機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的了解和遠(yuǎn)程機(jī)器人探險(xiǎn)的行走機(jī)器人。它與其他機(jī)器人,如NavLab,不同之處是它于1994年在斯珀火山的火山口中進(jìn)行了成功的演示,雖然在返回時(shí),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(xiǎn)任務(wù)早己完成。其它機(jī)器人（圖2-11d）在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中,都需要人參與或支持。丹蒂計(jì)劃的主要目標(biāo)是為實(shí)現(xiàn)在充滿碎片的月球或其它星球的表面進(jìn)行探索而提供一種機(jī)器人解決方案。（c）（d）圖2-11八足行走機(jī)器人南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文開題報(bào)告3美國NASA研制的火星探測機(jī)器人索杰納（圖2-11e）1997年登上火星,這一事件向全世界進(jìn)行了報(bào)道。為了在火星上進(jìn)行長距離探險(xiǎn),又開始了新一代樣機(jī)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(jìn)行了成功的實(shí)驗(yàn)。（e）（f）圖2-11索杰納圖2-11Rocky7德國研制了一種輪椅機(jī)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(jìn)行了實(shí)地現(xiàn)場表演。該輪椅機(jī)器人在公共場所擁擠的、有大量乘客的環(huán)境中,進(jìn)行了超過36個(gè)小時(shí)的考驗(yàn),所表現(xiàn)出的性能是其它現(xiàn)存的輪椅機(jī)器人或移動(dòng)機(jī)器人所不可比的。這種輪椅機(jī)器人是在一個(gè)商業(yè)輪椅的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。（g）圖2-11輪椅機(jī)器人南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文開題報(bào)告4國外還研制了一種獨(dú)輪機(jī)器人（圖2-11h、i）,它與具有靜態(tài)穩(wěn)定性的多輪移動(dòng)機(jī)器人相比,具有很好的動(dòng)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(dòng)阻力,跌倒的恢復(fù)能力和水陸兩用性。這是運(yùn)動(dòng)性的一種新概念。（h）（i）圖2-11獨(dú)輪機(jī)器人2.1.2高完整性機(jī)器人沒有一個(gè)系統(tǒng)可以做到100%可靠。一個(gè)可靠機(jī)器人是指它一直正常地工作。一個(gè)高完整性機(jī)器人(圖2-12)則時(shí)刻監(jiān)視自己的行為,一旦發(fā)現(xiàn)異常,立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)。因此,一個(gè)高完整性機(jī)器人并不一定要連續(xù)工作,但工作時(shí)，一定是正確的。圖2-12高完整性機(jī)器人南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文開題報(bào)告52.1.3遙控移動(dòng)機(jī)器人對機(jī)器自主性的挑戰(zhàn)來自要求完成的任務(wù)和高度非結(jié)構(gòu)化和變化的環(huán)境。在大多數(shù)室外環(huán)境中,要求機(jī)器完全自主地完成任務(wù),目前還有一定的困難。遠(yuǎn)程操作的半自主機(jī)器人,毫無疑問,是一個(gè)發(fā)展方向。因此先進(jìn)的遠(yuǎn)程操作技術(shù)是將來必需的。完全遙現(xiàn)是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作一個(gè)或幾個(gè)移動(dòng)機(jī)器人的最佳可能方案,但太貴。研制一套適于遠(yuǎn)程操作的、使用起來既自然又容易的人機(jī)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(dòng)機(jī)器人2.1.4環(huán)境與移動(dòng)機(jī)器人集成H.Ishiguro通過對以前機(jī)器人研究工作的回顧,發(fā)現(xiàn)過去智能機(jī)器人的工作主要集中在自主性上。因此,他提出了一個(gè)新概念:感知信息基礎(chǔ)設(shè)施。就象人需要道路、交通信號燈等一樣,機(jī)器人為了在一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的環(huán)境中行動(dòng),也同樣需要基礎(chǔ)設(shè)施。作者將一個(gè)用于導(dǎo)航移動(dòng)機(jī)器人的分