1674-自行走輪椅,行走,輪椅 畢業(yè)設計（論文）外文翻譯題目 可靠性仿真與優(yōu)化設計機械維修專 業(yè) 名 稱 機械設計制造及其自動化班 級 學 號 068105318 學 生 姓 名 梁 超 指 導 教 師 袁 坤填 表 日 期 2010 年 5 月 15 日南昌航空大學科技學院學士學位論文1可靠性仿真與優(yōu)化設計機械維修劉德順,黃良培,余文慧和徐曉燕 機械設備的健康維護的湖南省重點實驗室湖南大學的科學與技術 、 湘潭 411201、 中國 接收 2008 年 9 月 8 ； 修訂 4 月 16 2009年接受 4 月 30 2009 年 ； 以電子方式發(fā)布 2009-5-5文摘:對機械產品可靠性模型,系統將新重建和維護費用會增加,因為失敗的部分可以換成新的部件在服務,應按照系統的設計。在這篇文章中,一個可靠性優(yōu)化設計模型和可靠性提出對維修方法。首先,基于 time-to-failure 密度功能的系統的一部分,年齡分布的各部分的系統研究,在務機械系統可靠性模型,為維護。然后,可靠性仿真的系統與經驗概率密度函數,這個系統進行可靠性和穩(wěn)定可靠度最小的基礎上維護定義在生命周期的可靠性仿真系統。第三,維修成本模型是基于置換率的這個零件、可靠性設計優(yōu)化模型,提出了維護全生命周期成本看作是系統的設計目標、系統可靠性設計的約束。最后,可靠性優(yōu)化設計方法維護是用來設計的一種連接環(huán)的鏈式輸送機,表明優(yōu)化設計與最低維護成本可得到最低的可靠性和穩(wěn)定、可靠的系統能夠滿足系統的可靠性要求,在服務鏈式輸送機的。關鍵詞:維修、可靠性、模擬、優(yōu)化設計1導論 在生命周期的機械產品,維護,實行的判斷實際的州、保存和重建一些國家的產品,是非常重要的,保持產品和生命力。研究維護機械產品大致分類到以下三種目錄。(1)如何制定維修策略或(和)考慮系統優(yōu)化維護周期可靠性和維修成本,例如,當系統可靠性受到一定的條件下,最優(yōu)維護維修策略與間隔下定決心進行維修成本最低的[1]?)。(2)開發(fā)維護的方法和工具,以確保兩個系統維護維修成本低,短時間,如專項維修工具箱開發(fā) 9][5?)。(三)設計為維護(DFM),即在系統的設計方法,進行了定量評價和可維護性是improved.Maintenance開始設計。很明顯,設計,為維護方法,是一種最好的有效的維護方法在生命周期的一種產品,吸引許多研究者的利益。然而,研究設計為維護主南昌航空大學科技學院學士學位論文2要是集中在兩大領域。一個可維護性評估產品設計選擇,另一些奇特的零件結構專為維修方便等優(yōu)點。舉例來說,計算機可維護性評估工具產品設計[11],產品裝配、匯編仿真為維護程序,飛機設計[12]維護[13],等等。但是研究設計考慮到產品的可靠性、維修方法成本和維護的政策卻很少報道。蜀,花曾經指出在勞動力成本以及清算生產成本、設計決策的間隔的替代品這個部分將會產生影響。然而,研究報告并沒有給出(15)。在這篇文章中,基于了密度函數的部分,年齡分布的部分服務機械系統的研究經歷了維修。然后可靠性模型的機械系統重構,并進行了模擬。最后,提出了一種新穎的設計優(yōu)化方法對維修說明通過設計一個鏈接響了鏈式輸送機。2重建的可靠性分析模型機械系統的維護2.1模型假設機械系統運行后,由于一些時間　更換部件的可靠性模型,失敗不能改變系統可靠性模型,從而極大地提高了應該重建。機械系統中的應用前景進行了展望在這篇文章中,具有以下特點。(1)系統包含了大量的同一類型的部分,在這期間,是不變的部分生命周期的系統。(2)了密度分布函數所有部件都是相同的,也有了更換部件相同失效分布函數作為原部件.(三)失敗的每一部分是一個隨機的獨立的事件,例如,失敗的一部分,不影響其他部分的失敗在這個系統。例如,一個鏈式輸送機中有著廣泛的應用前景行業(yè)包括大量的同一輪環(huán),相同的鏈接表和相同的刮板。他們各自編號是不變的鏈式輸送機后放入這項服務。同樣,每一部分,受到類似的工作條件和類似的失敗,有相同的或狀態(tài)相同密度分布的時間失敗。另外,替換零件有失敗的時間相同密度函數或者是完全相同的原始部件的壽命鏈式輸送機?？煽啃越７奖銠z修。機械系統可靠性取決于它的部分,仍然,可靠性和失效概率上休息服務。根據規(guī)定,密度分布功能部件失效時間、服務的年齡機械系統的分布計算,然后機械系統可靠性模型,為維護設計與開發(fā)。在使用過程中機械系統,不需要的部分,從而及時年齡分布的機械系統的部件接受維修已經改變。假定,機械系統運行后的一段時間,在田納西州= nτ 時間是 τ 維修保養(yǎng),即之間,維護區(qū)間,單位可以數小時,天 τ-強,數月、數年。如果 pi(氮)代表時代的比例隨著年齡的增長在田納西州部分 iτ,年齡分布的部分時間是(tn),矩陣{p0 氮 p1(tn),?,pi(tn),?, 　氮)} . pn(失敗的部件和電流密度函數年齡分布在系統確定零件分布在下次或部分的內容每一個垃圾桶,下次的一步。一個年齡在每一時刻分配的每一部分確定失敗率人口為下列的時間步驟。找到失效概率密度的失敗功能集成,從零到南昌航空大學科技學院學士學位論文3田納西州的部分人口的年齡接近下幸存框,這個部分是由新零件失敗,成為 zeroage進入第一個盒子。最初,所有部件都是新的和零年齡在第一個盒子。那是在每部分= 0,第一個盒子p0 (t0 ) = 1. (1)在 t1 =τ-強、年齡餾分中的第一個盒子,第二次的死箱子被描繪成兩歲的箱子生存和推進去的下個箱子,部分來自兩盒失靈部分由新部件出現在第一個盒子。在 t2 = 2τ、比例排在前三位的盒子計算方式如下: 所以,在田納西州,部分配件= nτ 每箱用下列方程的計算。不可在田納西州的分數()的部分的人口年齡 0代表部分,剛剛投入服務。這意味著,不可(tn)的部分,或失敗率失敗的部分替換率。換句話說,這個分數在第一個盒子的部分,每部分,t1,?,tn 都是新的更換這些失敗的部分。一系列系統由 N部分相同失敗的密度分布,每一個地方都是一個系列單元,與各單位是相對獨立的。在任何一個系統 thefailure導致系統失效,單位根據概率多元化、系統可靠性的系列自從數量的部分組成的系統常數,在這里,系統可靠性的機械為維護被定義為系統.從上面看,只要 time-to-failuredensity功能及維護服務,給出間隔年齡分布的零部件和系統reliabilitycould被仿真。3置換率和可靠性模擬的保養(yǎng)威布爾分布的 3.1%失敗摘要利用概率密度函數中得到了廣泛的應用在失敗的建模在機械零部件,電子組件。這里的威布爾分布有兩個參數來模擬系統的可靠性這是進行維護,即了密度函數的系統的組成部分.在 Eq。(七)、α、β 的形狀參數的scaleparameter. x是時間,誰能來,統一,經濟收入。失敗的密度函數與他們5α、βWeibullparameters 等于 10 = 1、2、3、4、5 在圖 1。它表明 α 很大,以前的時代 arrivesat部分服務的期望值,失效概率的部分極低。相反,α 很小,許多地方的失敗 inshort服務。3.2可靠性進行仿真不同的維修區(qū)間的機械系統 time-to-failure密度函數和不同的部分選擇模擬系統穩(wěn)定可靠的表現為圖。2?圖 4。圖 2顯示模擬時間步長(維修)影響系統的可靠性,間隔的情節(jié)顯示與維護區(qū)間 τ= 0.5,1號、2 號,與威布爾分布 parametersα= 4、β= 10。圖 3的刻度參數的影響的 β 威布爾分布在系統可靠性分配,四個曲線代表四種不同類型的部分對應于恒定值對 α 和 β 等于四 8的價值、10、12、15 個分別。圖 4顯示了 parameterα 形狀如何威布爾分布影響系統的可靠性,韋伯南昌航空大學科技學院學士學位論文45曲線分布參數 β= 10,α= 1、2、3、4、5 點。相應地,他們的替代率系統的部分曲線,這些 time-to-failure密度分布函數繪制,如圖 5。另外,圖 3、圖 5?區(qū)間 isτ 維護= 1。南昌航空大學科技學院學士學位論文5這些數字的幾個特點是很重要的。首先,可靠性和置換率,最終會到達穩(wěn)定的狀態(tài)。本同意 Drenick定理,即疊加無窮多個獨立的平衡更新過程是均勻泊松過程。在最初階段的系統服務,部分是“新”的嬉皮士系統,那么,“老” 。這個部分零件,逐步增加,因而失敗部分替代率增加和系統可靠性下降單調。以替換的一個重要部分的人口,部分配件,失敗會減少,從而將下降,部分替代率上升到系統的可靠性和這個振蕩下振動的開始。經過一些振蕩、人口結構與年齡多樣化振動的方法,以及年齡分布穩(wěn)定。,那時候,振蕩置換率和系統可靠性的減少。圖 4比用圖 5,它是顯示趨勢相反的替代率改變系統的可靠性。當系統的可靠性增大,部分置換率降低。否則,系統可靠性的增長,部分替代率降低。其次,穩(wěn)態(tài)值和程度振動系統的可靠性取決于維修間隔。圖二顯示,作為可靠性上升自從部位維修間隔降低失敗更換更加迅速。較短的維護間隔,可靠性高,較小的振蕩。然而,頻繁維修將導致更高的維修費用。其三,穩(wěn)態(tài)值的系統的可靠性依賴于模型的參數威布爾分布。對 β 這個獨立性并不令人意外,β 值較高對于一個給定的 β 產量更高的價值預期的時間失敗,從而降低置換率和高可靠性。更有趣的是,以增加的價值穩(wěn)定值的 α,對置換率降低穩(wěn)定的可靠度增加。第四,振動系統的可靠性依賴于模型的參數威布爾分布。雖然在振動的影響,均可。β 被忽視的影響,對振動 α 應特別注意。更大的價值,α)故障率低的部分零件的服務時間之前達到預期壽命,絕大多數的部分延長使用的時間,因此,穩(wěn)定值的系統可靠性變得更高。然而,在這種情況下,大部分零件無法比較集中的時間,所以最低系統可靠性設計的價值相對較低。建議這個 α,南昌航空大學科技學院學士學位論文6指示集中程度的失敗的時間分布,是一個敏感的參數。在穩(wěn)定的影響,α)不同的可靠性和與之相反的最小值 α 的可靠性。因此,選擇的適當的 α 應該特別注意設計,因為穩(wěn)態(tài)值和最小的可靠性巧合的是滿足設計要求。3.3定義.仿真結果表明,系統的可靠性是不同的在服務。一個系統可靠性的經驗幾個振蕩,有時是最大的價值最小值,最后達到穩(wěn)定的價值。振蕩,系統可靠性設計的周期性的腐爛,這個時期關于預期壽命為威布爾分布的部分(μ 分布參數 β 接近預期的生活在大 α)。為設計和維護機械系統、最小值和穩(wěn)定值的系統可靠性是至關重要的。最小的可靠性系統出現在起步階段,但穩(wěn)定可靠價值的系統運作后很長一段時間。在這里,順便以后再討論,最小的可靠性和穩(wěn)定可靠的系統維護基于仿真系統可靠性設計。它出現在初始階段,最小的可靠性系統可以發(fā)現在離散值的可靠性仿真結果從 t = 0 - t = 2μ。在這段時間里,Rm 是定義為最小的可靠性Rm = min (R(ti )),i = 0,1,?, n. (8)認為一些模擬時間是每、沒有,Rmin 代表最大值和最小值 t∈(每,每 2μ+]。一旦當比率最大可靠性的價值和最小的可靠性的價值 Rmin /沒有>ε 滿意、系統可靠性被認為作為到達穩(wěn)定值,每一次。因此系統可靠性,或稱為穩(wěn)定可靠,是指Rs = (Rmax + Rmin ) / 2 , (9)asε≤1 是穩(wěn)定的,可以要求通常是 98%。如果每并不存在,系統的可靠性將會不穩(wěn)定。4.可靠性設計和優(yōu)化建模的保養(yǎng)一個可靠性優(yōu)化設計模型維護了之間進行權衡系統的可靠性和壽命周期成本的部分,包括維修成本,在上述模型是有用的置換率的計算系統的一部分,最低可靠性和系統的可靠性。在該模型中,成本生命周期可以看作是一個設計目標,這個系統的可靠性設計是視為約束。這個任務是找到一個設計具有最小費用滿足約束條件。4.1壽命周期成本模型生命周期成本的機械系統包括生產成本和維護費用。系統維修費用從物品如下:(1)成本“更換零件,(2)操作成本,包括成本花(即勞動力資源、設備)的部分,(三)間接成本所造成的生產中斷通過更換零件,以及(4)準備工作的費用替換零件[16]。前述三項有關更換部件的人數的每一次維護。更零件會消耗更多的占用更多的資源,生產時間,從而帶來巨大南昌航空大學科技學院學士學位論文7的損失,提高維修成本。最后項目是不關心這個號碼的更換部件,但時代的維修或更換。作為一個結果,維修成本的機械系統分為成本考慮部分替代數量和成本考慮到檢修次數。用這種方法,為一機械系統以不變的部分,它運行時間米后,它的生命周期成本模型,包括生產成本和維護費用,是 asIn表示式。(十),C 的生命周期總成本的系統每部分的系統中,c0,表示系數的不便部分生產成本,重置成本、系數系數分別制備成本,這些可證實系數的統計分析 datum. m = m /τ-強,m 表示生命的系統。第一學期的右邊的情緒智商。(十)代表生產成本,第二學期的系統右邊的情緒智商。(十)代表了維修成本該系統。在 Eq。(九)、c1≥c0,因為部分替代成本不僅包括生產成本的部分代替失敗的一部分,而且成本為資源,并間接成本造成更換。很明顯,成本,情商。(十)表示不是絕對的成本,但相對成本。情緒智商。 4.2模型的可靠性設計和優(yōu)化假定一個類型的系統設計 alternatives,X =(x1,x2,?, 失敗了,density.抗癌)函數表示為()女= f1(t),f2(t),?,(t) 新生對應于各替代。對于一個固定的維修intervalτ0,它的可靠性　modelⅠfor 維修優(yōu)化設計顯然,最低壽命周期成本和可靠性從上述模型對固定期。對于任何一個設計方案,它的成本可靠性取決于維修區(qū)間τ-強。這個達到最低成本可以得到優(yōu)化維修區(qū)間。為最佳維護、保養(yǎng)區(qū)間間隔,即是優(yōu)化,最大限度地降低了成本,因此生命周期可靠性設計和優(yōu)化模型Ⅱ維護表示　在 Eq。(十二)和均衡。(十三),C 是由情商。(十)或者情緒智商。(十一)。瑞奇,拉爾夫-舒馬赫表示最低的可靠性和穩(wěn)定的系統可靠性。瑞奇,拉爾夫-舒馬赫是允許的系統的可靠度值。一般來說,宣布 R =(0.75 ~0,0.95)、寓系統可靠性允許不同的某些特定的程度,但在整個生命周期變化不超過 5%?范圍的 25%的穩(wěn)定可靠。4.3優(yōu)化設計基于系統的可靠性模擬很明顯,系統穩(wěn)定可靠,最小的可靠性在設計和置換率的模型從可靠性仿真。因此,優(yōu)化設計為維護是基于設計方法論仿真。在設計選型、輸入條件下的可靠性仿真失敗的時候密度分布部分功能的系統,系統的使用壽命壽命周期成本和系數是 c0、c1 573。,定期保養(yǎng),加到輸入端的情況加入固定維護 intervalτ0。 維修時間明顯湯姆/τ- 0在平等的整個生命周期。作為目前的狀況那個維修區(qū)間亟待完善、次維護是圓形的 M /τ 獲得不同維護區(qū)間。此外,設計方案該系統必須滿足要求的系統的可靠性,因此瑞奇,拉爾夫-舒馬赫。最后,進行優(yōu)化設計選擇和最小的可靠性,穩(wěn)定可靠與生命周期成本的輸出。在流程圖設計優(yōu)化維修,表現為兩種模型的設計綜合優(yōu)化維修。最可能的解決方案,從上述模型ⅠⅡ模型通常是不同的。南昌航空大學科技學院學士學位論文85設計示范有三種設計方案為連接環(huán)鏈輸送機、使用壽命 M是等于 100幾個月。密度分布函數的時間失敗的戒指是威布爾分布,以及他們的分布參數和成本系數的生命周期列。注:τ- 0是設計模型的固定的周期維護式。(十二),是最佳的間隔 τ-設計為優(yōu)化模型的周期維修式。從表 2所列進行仿真研究,仿真結果表明,當系統維護區(qū)間,0 = 1固定 τ-最優(yōu)來自情商的設計方案。(十二)是可供選擇的冷卻?？晒┻x擇的 x1不滿足系統的可靠性全生命成本的約束,替代 x2較低選擇三分的。通過這個例子,它可以假設要求最低的可靠性和穩(wěn)定可靠性是拉爾夫-舒馬赫= 0.85之間, 瑞奇= 0.75。考慮到,系統維護間隔從一系列的差值、離散優(yōu)化等效的方法被采納。仿真結果的兩種設計模型維修都列在表 2。闡明了系統的可靠性和壽命周期成本隨時間系統。明白不可能有一個設計方案將滿足系統可靠性約束的一個嗎不定期維修區(qū)間。當系統維護間隔進行優(yōu)化,優(yōu)化設計來自情商的選擇。(十三)是可供選擇的三分。在案例中,所有的設計方案的要求系統的可靠性、和全生命成本是另類的三分最低,相應地系統維護區(qū)間 18在* *是 τ- x3替代。理論分析和實驗結果表明,在維護周期變量的不同選擇的警察導致設計全生命成本的方案,并能減少通過優(yōu)化維護區(qū)間。幾個有趣的結果可能被發(fā)現圖. (1) 在一個固定的間隔(τ- 0 = 1),確定了系統可靠性的選擇不僅滿足了所有的設計冷卻要求也接近要求的價值?？煽啃缘囊筮x擇 x1滿足穩(wěn)定可靠,但又不滿足要求最小的可靠性,盡管它成本最低。雖然選擇三達到系統的可靠性,要么穩(wěn)定可靠性或最低的可靠性,具有最高的全生命周期成本。(2)當維修區(qū)間優(yōu)化選擇　基于最優(yōu)區(qū)間的前提下,滿足系統的可靠性要求。作為替代,x1 為了滿足系統可靠性設計的要求,維護間隔降低、τ- * = 0.8,但它的全部生活成本略有增加。選擇 2、維護保持不變,間隔優(yōu)化后又意味著區(qū)間 τ= 1最佳的時間間隔替代。選擇三,由于優(yōu)化,維護區(qū)間 1.8,增加,τ 和差異系統的可靠性和設計要求之間減少,因此它全生命周期成本較低。除此之外,三個設計方案進行了優(yōu)化,他們的曲線,為系統的可靠性和全生命周期成本趨勢集中一致性的成本,在三個不同選擇減少。(2) 當維修區(qū)間優(yōu)化選擇基于最優(yōu)區(qū)間的前提下,滿足系統的可靠性要求。作為替代,x1 為了滿足系統可靠性設計的要求,維護間隔降低、τ- * = 0.8,但它的全部生活成本略有增加。選擇 2、維護保持不變,間隔優(yōu)化后又意味著區(qū)間南昌航空大學科技學院學士學位論文9τ= 1最佳的時間間隔替代。選擇三,由于優(yōu)化,維護區(qū)間 1.8,增加,τ 和差異系統的可靠性和設計要求之間減少,因此它全生命周期成本較低。除此之外,三個設計方案進行了優(yōu)化,他們的曲線,為系統的可靠性和全生命周期成本趨勢集中一致性的成本,在三個不同選擇減少。(三) 該系統需要高可靠性,相應地,維護與維修。將減少間隔成本就會上升。相反,當系統要求低可靠性,相應地,維護區(qū)間將延遲,所以維護成本將減少,減少系統維護成本是系統的可靠性要求。穩(wěn)定的價值和最小值系統可靠性的增加而降低,單調維護區(qū)間,也是全生命周期成本降低不斷增長的維修區(qū)間。作為一個結果,最低間隔,穩(wěn)定值和最小值的系統可靠性滿足設計要求將獲得最小全生命周期成本的設計方案。它必須指出系統可靠性的設計方案不平等,但是多值的要求嗎由于采用離散優(yōu)化。(四) 該系統的設計方案,最優(yōu)設計方案的選擇取決于不是只有維修區(qū)間也要求的系統可靠性與系統的使用壽命。例如,當間隔是固定的(τ- 0 = 1),以及系統的可靠性要求減少從宣布 0.75 R =來宣布 R = 0.70;最優(yōu)來自情商的設計方案。(十二)是替代 x1而不是替代 x2。當系統的使用壽命開關嗎從 M = 100到 50,優(yōu)化設計的選擇從情商得到。(十三)可替代選擇 x1三所。這意味著,因為部分由高質量的材料使用壽命長、設計選擇獲得全生命周期成本較低的他們的生產成本。6 結論　維修是一個至關重要的生命周期中工作該產品。替換零件的變化會引起系統的可靠性和壽命周期成本?；?time-to-failure密度函數,穩(wěn)定可靠的部分,最小的可靠性和壽命周期成本可以通過重建可靠性模型和仿真系統的可靠性。本文立足可靠性優(yōu)化設計方法,為維護全生命周期成本作為設計對象嗎與系統的可靠性設計的約束。它提供了一個新方法的可靠性之間進行權衡和全生命周期成本的機械系統的設計優(yōu)化維護。參考[1]劉 Baoyou,方 Youtong、金鄉(xiāng),等?？煽啃?止回閥更換策略下的機械設備的預測維修中的應用[J]。機械工程學報,2006 年,42(3):30?35。(在中國)。[2]沈光隆,王建民,溫家寶 Fushuan,等。最佳調度的檢修為電力設備考慮可靠性和經濟[J]。電力科學工程,2006 年,2:8?13。(在中國)。[3]他清。數學模型的研究[J].預防性維修周期。交易的中國農機協會,2005,36(2):153?154。(在中國)。南昌航空大學科技學院學士學位論文10[4]王,PHAM H .一些維修模型和可用性在生產系統的維護和完善[J]。年報,研究》,1999年第 91(3):74?318。[5],風運城余杭楊。復雜的可修系統可靠性、維修性仿真[J]。Simulata 學報》Systematica研討會》,2002,(8):982 - 978?)。(在中國)。[6]陰平方米,朱文革,李石。虛擬系統的培訓和維護面向產品生命周期的機械[J].電子產品。2004 年,中國機械工程,15(17):1 530?1 532。(在中國)。[7] 李 Yuliang,潘 Shuangxia。遠程動態(tài)裝配拆卸過程仿真系統為機械產品維修中的應用[J]。雜志的計算機輔助設計和計算機圖形,2005 年,17(2):2 744?2 名。(在中國)。[8]劉堅、玉 Dejie、李蓉,等。在隨機研究說明基于網絡維護系統模擬與優(yōu)化設計[J]。機械工程學報,2005,(10):164?169。(在中國)。[9]DIPAK喬杜里,月穆罕默德。優(yōu)檢測和更換模型系統,提高最低修理費用中的應用[J]。國際雜志的可靠性、質量和安全工程》,1999 年第 6(2):155?171。[10]Maozhi干。維修性設計和驗證[M]。北京:國防工業(yè)出版社,1995 年。(在中國)。[11],LINDEMANN WELP E U型、陸鑫升。支持指示,為一個可回收和維護的設計[J]。工程設計,2002 年,9(2):77?88 頁。(在中國)。[12],Maozhi周香港,劉安慶,等。可維護性產品的設計基于并行工程中的應用[J]。 》機械設計,2003,2000(9):3?5。(在中國)。[13] 陳文。飛機維修設計原則 [J]。航空 Engineerging & Mainienance》,2001年第 204(6):2?5。(在《火焰杯》中文)。[14]石拳。報告的病例大約維修性設計[M]。北京:國防工業(yè)出版社,2001 年。(在中國)。[15]蜀、FLOWR W c可靠性建模的設計再生[J].大學機械工程設計,1998,120(12):620?627。[16]Youzhao,左 Hongfu陽光、王煒。定量預測方法對控制維修成本的民用航空器引擎中的應用[J]?？茖W雜志》,2003,21 歲的應用(4):401?405。(在《火焰杯》中文)。生平劉德順,出生于 1962年,是當前的一個教授和研究生導師在學校研究生候選人機電工程和湖南重點實驗室的健康維護和機械設備,湖南大學科學和技術,中國。他收南昌航空大學科技學院學士學位論文11到了他的博士學位中南大學,1996 年,中國。他的研究興趣包括多學科的魯棒優(yōu)化設計,機械系統動力學仿真、虛擬制造、礦山機械液壓傳動,等等。電話:+ 86-731-8290380;電子郵件:liudeshun@hnust.edu.cn 究方向包括優(yōu)化設計和可靠性設計等。電子郵件:huanglp413@163.com黃良培,生于 1971年,是當前的一個高級工程師和副教授在湖南省重點實驗室健康維護機械設備、湖南等地香港科技大學、中國。他收到了他從中南大學的博士學位,在 2005年,中國的。他研究方向包括優(yōu)化設計和可靠性設計等。電子郵件:huanglp413@163.com樂文匯,1965 年出生,醫(yī)生。他目前是一位教授和一名候選人在學校的研究生機電工程和湖南省的鑰匙實驗室的健康維護機械設備,湖南科技大學、中國。他的研究利益包括多學科設計優(yōu)化,具有較強的魯棒性機械故障診斷等電子郵件:jwc1999178@126.com徐曉燕,出生在 1984年,是目前掌握的候選人機電工程學院在湖南省級重點實驗室的健康維護機械設備、湖南科技大學、中國。電子郵件:xxy999smile@yahoo.cn自動走輪椅學生姓名:梁 超 班級:0681053指導老師:袁 坤 摘要:為實現高性能和低成本的自行走輪椅, 開發(fā)了全數字自行走輪椅控制器; 采用先進的無速度傳感器測速技術, 設計了帶電流補償的電壓負反饋加負載不平衡補償的雙電機協調控制方案。驅動部分采用有刷幅條電機的后輪驅動。幅條電機傳動具有轉矩大、噪音低、效率高、耗電少、壽命長、綠色環(huán)保等優(yōu)點，克服了鏈傳動噪聲大、沖擊大、傳動不平穩(wěn)等缺點，且外觀新穎，控制部分采用采用平等四邊形連桿機構，結構簡單，并 實現了大角度的轉向控制和兩輪同步運動，同時增加輪椅在行進中的穩(wěn)定性，而且起到防倒的功能，遇上下坡也能自主掌控，安全性高；制動部分采用特制的漲剎機構，達到前后手柄都可以制動，安全性高。 給出了軟硬件結構和單元電路的設計及參數選擇方法; 分析了操縱桿工作原理; 給出了輪椅速度和運動方向信息合成計算公式和提高運行舒適度的S 曲線生成策略。關鍵詞: 自行走 輪椅; 控制器; 雙電機; 協調控制; S 曲線; 誤差檢測；幅條電機；連桿機構；漲剎機構；電動控制；輔助裝置指導老師簽名:Automatic walk a wheelchairStudent name :Liang Chao Class: 0681053Supervisor: Yuan KunAbstract: To achieve high performance and low cost to walk the wheelchair, developed by digital controller; walk wheelchairs, Using advanced speed sensorless speed technology, design with the current compensation voltage feedback and compensation of unbalanced load motor coordination control scheme. Driving part adopts a brush painting of the rear wheel drive motor. The picture has great torque motor drive, low noise, high efficiency, energy saving.longlife, green environmental protection etc, and overcome the impact noise, large chain drive not smooth, novel appearance and defects, and control part adopts USES equal quadrilateral linkage mechanism, simple structure, and realize the large Angle of steering control and two wheels, adding wheelchairs synchronous movement in the stability and travel, prevent fall function, meets the downhill can independently control, high security, Braking part adopts special rose, and brake to handle all can apply the brake, high safety.The hardware and software structure and given the unit circuit design and parameter selection method, The lever principle analysis, Given the speed and direction of movement wheelchair synthetic formulas and improve information generated the comfort of the S curve operation strategy.Key Words: EPW; Controller; Two2motor; Coordinated control; S curve; Fault detection；electromotive wheelchair；hand control；electric control；auxiliary unitSignature of Supervisor:畢業(yè)設計（論文）任務書I、畢業(yè)設計(論文) 題目：自行走輪椅II、畢 業(yè)設計(論文)使用的原始資料(數據)及設計技術要求：①自行走輪椅的行走速度最大 10 公里/小時②速度可調節(jié)(0-10kmPS)③具有轉向功能( 轉向操作用手動按鈕)III、畢 業(yè)設計(論文)工作內容及完成 時間：1、收集有關資料，寫出開題報告； 2 周(3.24-4.6)2、系統方案設計； 　　 2 周(4.7-4.20)3、系統結構及主要功能部件設計； 4 周(4.21-5.18)4、繪制零件圖； 　　 　　　 4 周(5.19-6.15)5、撰寫論文； 1 周(6.16-6.22)Ⅳ 、主 要參考資料：［1］許洪基.雷光.現代機械傳動手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社， 2002 年 3 月［2］王中發(fā).實用機械設計[M].北京：北京理工大學出版社， 1998 年 2 月［3］姚永明.非標準設備設計手冊.上海交通大學出版社,1999.12,第一版［4］楊景蕙.機械設計[M].北京：機械工業(yè)出版社， 1996 年 7 月［5］林明等.運動控制集成電路手冊.電子工業(yè)出版社，2003 年 6 月科技 學院 機械制造及其自動化 專業(yè)類 0681053 班學生（簽名）： 梁超 日期： 自 2010 年 3 月 1 日至 2010 年 7 月 2 日指導教師（簽名）： 助理指導教師(并指出所負責的部分)：機械制造工程 系（室）主任（簽名）： 南昌航空大學科技學院學士學位論文11 課題意義聯合國發(fā)表報告指出：當二十一世紀上半葉到來時，全球人口將增加0．6倍，而老年人口將增加2．3倍，老年人【1】口占總人口的比例將上升到20％。也就是說，全世界人口老齡化進程正在加快，今后50年內，60歲以上的人口比例預計將會翻一番。而我國是人口最多的國家，老齡化和殘疾是我們不得不面對的重大問題，據老齡委統計結果顯示，目前我國60歲以上的老年人已達到1．43億，超過總人口的10％。而我國有殘疾人6000多萬，平均每5個家庭就有一個殘疾人12J。另一項調查顯示，2000年，我國60歲以上老年人中有腿腳不便情況的人已接近2800萬。此外，根據中殘聯統計數據，目前我國肢體殘疾人接近900萬，其下肢殘疾人為200萬左右。隨著老年人和殘疾人的日益增多，服務需求將會日益增加。助老／助殘服務機器人系列產品的研發(fā)有助于形成未來老年人和殘疾人生活的新模式和新概念，并解決人口老齡化帶來的重大社會服務問題，以及2015年實現我國“人人享有康復服務”的國家戰(zhàn)略目標和社會協調發(fā)展提供技術支撐。智能輪椅是助老／助殘服務機器人系列產品中的一個重要研究領域。輪椅作為廣大老弱病殘人員使用的輔助運動工具，隨著人工智能和機器人技術的發(fā)展，智能輪椅【3J的研發(fā)也必將成為一種趨勢。研究并開發(fā)實用的智能輪椅具有非常重要的現實意義。1．1多模態(tài)智能輪椅江西省焊接與自動化機器人重點實驗室研究的多模態(tài)智能輪椅包括手柄控制，語音控制中可避障控制，自主避障控制三種模態(tài)。各模態(tài)之間即可相互獨立，又可根據實際應用場合進行多模態(tài)融合。(1)手動控制常規(guī)模態(tài)，智能輪椅相當于普通的電動輪椅。此模態(tài)有兩種控制方式，手南昌航空大學科技學院學士學位論文2柄控制和鍵盤控制。使用者即可通過手柄，也可通過小鍵盤操作輸出四路模擬電壓，輪椅本身配有電機控制器，四路模擬電壓通過電機控制器產生直流電機信號來控制直流電機，通過對直流電機的開環(huán)控制控制輪椅的前進、后退、加第1章緒論速、減速、左轉、右轉、停止等運動控制。(2)自主避障控制本課題智能輪椅是基于超聲波傳感器技術基礎上的避障控制。由分布在輪椅各個方向上的七組超聲波傳感器獲得障礙物信息，由單片機根據獲得的障礙物信息做出相應的避障決策，使智能輪椅靈活避障。(3)語音控制模態(tài)可避障系統智能輪椅語音控制系統是屬于一個擁有數個或十余個詞的小詞匯量的語音識別控制系統，使用者先進行自身的語音訓練，訓練好的語音模型保存在存儲器中，當用戶選擇語音控制模態(tài)后，語音命令與存儲器中的語音模型進行相似度對比，從而實現語音識別。進而實現語音控制。如果語音控制過程中出現障礙物，播放“前方有障礙物，重新識別"。同時可以輸入其它語音控制命令。二 國內外智能輪椅研究現狀2.1 國外智能輪椅研究現狀自1986年英國開始研制第一輛智能輪椅來，許多國家投入大量資金研究智能輪椅，如美國麻省理工學院wheelesley項目，法國VAHM項目，德國烏爾姆大學MAID項目，西班牙SIAMO項目，加拿大AAI公司TAO項目，歐盟TIDE項目等。1989年法國開始研究VAHM項目，第一階段的智能輪椅由輪椅、PC486、超聲波傳感器、人機界面和一個可匹配用戶身體能力轉換的圖形屏幕組成，設置為手動、自動、半自動三種模式，手動時輪椅執(zhí)行用戶具體指令和行動任務：自動狀態(tài)時用戶只需選定目標，輪椅控制整個系統，此模式需要高度的可靠性：半自動模式下用戶與輪椅分享控制。為了更好適應用戶需求，研究者在康復中心進行了一系列調查，得出結論：系統必須是多功能的，不僅應適應殘障人士的生理和認知能力，也應適應環(huán)境的結構和形態(tài)。在此基礎上，經改進研制出第二代產品，相對于第一代產品，其功能更豐富，面向用戶范圍更廣，性價比更好，改良了大量控制。德國烏爾姆大學在一個商業(yè)輪椅基礎上研制了輪椅機器人MAID，在烏爾姆市中心車站的客流高峰期及1998年漢諾威工業(yè)商品博覽會的展覽大廳環(huán)境中進行了實地現場表演。該輪椅機器人在公共場所有大量乘客的擁南昌航空大學科技學院學士學位論文3擠環(huán)境中，通過了超過36小時的考驗，能夠自動口!別和判斷出行駛的前方是否有行人擋路，或是否可能出現行駛不通的情況，自動采取繞行動作，它甚至還能夠提醒擋路的行人讓開道路。根據航行的環(huán)境不同，機器運行模式分為：NAN(狹窄區(qū)域航行)和WAN(寬區(qū)域航行)，大大增加了航行準確率。此項目得到德國科學技術部的財政支持，據計劃，這種智能輪椅將于兩年后『F式面世，價格會比普通電動輪椅高出約50％。同本北海道工業(yè)設計學院的研究人員研制出一種不爿j人工操作的聲控輪椅。研究人員將uT感應語占聲響的晶片，裝置在輪椅的控制機關內，在使用者對著麥克風講出要求后，感應系統便會依照要求啟動運作，除了可向前后左右和快慢行走外，椅背還可向后傾，方便使用者休息。2.2 國內智能輪椅研究現狀我國智能輪椅研究起步較晚，在機構的復雜性和靈活性上和國外相比有一定差距，但也根據自身特色研制出技術指標接近國外先進水平的智能輪椅。研究單位有中科院自動化所、臺灣中正大學電機系、上海交通大學和第三軍醫(yī)大學等。中國科學院自動化研究所承擔了“863”智能機器人智能輪椅項目，研制了一種具有視覺和口令導航功能并能與人進行語音交互的機器人輪椅NLPR， 中科院研制的智能輪椅曾在“863”。計劃十五周年成就展展館的人群中穿棱自如。此項研究成果于2000年11月通過“863”智能機器人主題專家組的鑒定，并研制出我囡第一臺多模態(tài)交瓦式智能輪椅樣機。此項研究高度重視了智能輪椅人機控制界面的設計，在輪椅的設計中綜合運用模式識別實驗室有關圖像處理、計算機視覺和語音識別等最新成果，使人能通過語音控制輪椅自出行走，輪椅可以實現簡單的人機對話功能。上海交通大學開發(fā)成功一種聲控輪椅．主要是為四肢全部雀失功能的殘疾者設計，使用者只需發(fā)出“開”、“前”、“后”、“左”、“右”、“快”、“慢”、“?！钡戎噶?，輪椅可在1．2秒內按指令執(zhí)行。上海交通大學研制的智能輪椅具有自辛避障，目標跟蹤和防跌功能。同時還設計可抓取日常用品的機械手臂。臺灣中正大學電機系以一臺工業(yè)級Pc為控制中心，通過馬達控制卡驅動放大器，利用操作桿執(zhí)行基本的電動輪椅操作功能，采取平行化設計，配備了麥克風、CCD，LCD、傳感器、無線網絡通訊界面等，并搭配了自行開發(fā)的軟件以達到系統配置最佳效果。天津大學研制的智能輪椅可用腦電信號控制智能輪椅，采用的控制器是計算機。2.3 智能輪椅關鍵技術研究南昌航空大學科技學院學士學位論文42.3.1移動機器人路徑規(guī)劃理論路徑規(guī)劃[41技術是移動機器人技術研究領域中的一個重要分支，是機器人智能化的重要標志?？偟目刂颇繕耸鞘挂苿訖C器人運動到目標點，總的約束是在整個過程中，機器人不碰到任何一個障礙物。該問題根據對環(huán)境信息的掌握程度可以分為兩類：一類是環(huán)境信息已知的全局規(guī)劃，另一類是環(huán)境信息未知的局部規(guī)劃。全局規(guī)劃方法依照己獲取的環(huán)境信息，給機器人規(guī)劃出一條路徑【5J，規(guī)劃路徑的精確程度取決于獲取環(huán)境信息的準確程度。全局方法通?？梢詫ふ易顑?yōu)解，但是需要預先知道環(huán)境的準確信息，并且計算量很大。局部規(guī)劃方法側重于考慮機器人當前的局部環(huán)境信息，讓機器人具有良好的避碰能力。很多機器人規(guī)劃方法通常是局部的方法，因為它的信息獲取僅僅依靠傳感器系統獲取的信息，并且隨著環(huán)境的變化實時地發(fā)生變化。和全局規(guī)劃方法相比較，局部規(guī)劃方法更具有實時性和實用性。缺陷是僅僅依靠局部信息，有時會產生局部極點，無法保證機器人能順利到達目的地。上述兩種方法各有利弊，故將兩種方法互相結合，取長補短的綜合研究方法漸漸成為研究的趨勢。(1)環(huán)境信息的獲得，即研究機器人獲得周圍工作環(huán)境信息的途徑的問題，其中最普遍的方式就是通過自身的各類傳感器來獲取，除此之外還有示教等。這里面涉及到機器人的導航與定位的問題以及傳感器信息融合等問題。(2)環(huán)境信息的理解問題，也可以稱之為將環(huán)境建?；蚪⒌貓D模型，即’運一些算法將所獲得的環(huán)境信息變成機器人能夠識別和運用的數據信息，以備下一進行可行路徑的搜索，主要是一些算法理論的研究。(3)可行路徑搜索問題，即研究如何將第二步所得的數據信息按照一定的標準或要求組織生成一條(段)可行的路徑，主要是一些優(yōu)化算法和理論的研究。按運動類型的不同，移動機器人的路徑規(guī)劃可分為三種：最優(yōu)路徑規(guī)劃、局部路徑規(guī)劃和自適應路徑規(guī)劃。本課題著重研究局部路徑規(guī)劃。2.3.2 局部路徑規(guī)劃局部路徑規(guī)劃[71是指在未知或者部分已知的環(huán)境中進行的路徑規(guī)劃，它根據有無最終目標位置可以分成兩種情況：探索和漫游。后者僅要求移動機器人能避開障礙物，對運動的朝向沒有約束。而對前者，則還有個最終目標位置作指引，機器人必須努力向這個位置靠近，在機器人前進的過程中，由于缺乏先驗的全局環(huán)境信息，有時一條明顯的路徑要花費很大努力才能找到，而且由于信息的不完整性，不存在全局意義上的最優(yōu)指標，但它可以達到某種次優(yōu)性。這南昌航空大學科技學院學士學位論文5種情況下，移動機器人一般配有能感知周圍局部環(huán)境的距離傳感器，其路徑規(guī)劃則常按照“Hypothesize．and．test假設一測試，HT"的思想來實現，顧名思義，它先假設一條從起點到終點的直線路徑，行進過程中，發(fā)現正前方有障礙物時，一般采用沿著障礙物邊緣行走的方法避障，直到它發(fā)現前方目標方向上不再有障礙物時，又轉回到這條直線路徑上來：為了讓工作在漫游狀態(tài)下的移動機器人能避開動態(tài)障礙物，一類基于行為的路徑規(guī)劃方法被大量采用。它把路徑規(guī)劃問題分解成許多相對獨立的小系統，在運行狀態(tài)下通過競爭機制取得控制機器人運動的主導權，并在環(huán)境交互作用中最終達到目標。對室外移動機器人，它的移動范圍大，由于環(huán)境是不可預知的，在它的行駛過程中，必須以局部環(huán)境信息和機器人自身狀態(tài)信息為基礎，規(guī)劃出一段短行程內與障礙物無碰撞的理想路徑。局部路徑規(guī)劃【8】[91[101算法包括：C空間法、人工勢場法、模糊邏輯算法遺傳算法和神經網絡法等、基于滾動窗口的路徑規(guī)劃算法。(1)C空間法C空間又稱位姿空間，是由Lozano—Perez和Wesley于1978年提出的。目前的很多規(guī)劃方法都是基于位姿空間的規(guī)劃方法。其實質是根據運動物體的大小和姿態(tài)，把周圍的障礙物向外擴展一定的距離，即相應的“膨脹"，變成擴展障礙。與此同時，運動物體縮為一個點(運動物體位姿的描述簡化為位姿空問中的一個點)，于是得到一個新的空間，稱為位姿空間。這實際上構造了一個虛擬的空間：把運動物體、障礙物及其幾何約束關系做了等效變換，將物體的規(guī)劃問題轉變?yōu)辄c的規(guī)劃問題，將復雜問題簡單化，同時又具有實際意義，因此得到了廣泛的運用。這種方法本質上屬于環(huán)境建模的方法。(2)人工勢場法人工勢場法最初是由Khatib提出的一種虛擬辦法。勢場法的基本思想是在移動機器人的工作環(huán)境中構造一個人工勢場，使得在該勢場中移動的機器人受到其目標位置引力場和障礙物周圍斥力場的共同作用。勢場法的吸引力在于數學描述上簡潔、美觀。但它也有其內在的局限性，即當目標附近有障礙物時，移動機器人受到的斥力大于或者等于目標點產生的引力，將永遠也到達不了目的地。如果目標和障礙物都離的很遠，障礙物的斥力會隨著機器人向目標的接近而變的越來越小，甚至可以忽略，機器人將只受到吸引力的作用而直達目標。但在當在實際環(huán)境中至少有一個障礙物與目標點離的很近的情況下，當移動機器人逼近目標的同時，它也將向障礙物靠近，如果利用以前對引力場函數和斥南昌航空大學科技學院學士學位論文6力場函數的定義，斥力將比引力大的多，這樣目標點將不是整個勢場的全局最小點，因此移動機器人將不可能到達目標?？偟膩碚f這個方法存在著三個方面的問題：在相近的障礙物之間不能發(fā)現路徑；在障礙物前可能會出現震蕩；在狹窄通道中出現擺動現象。(3)模糊邏輯算法采用模糊邏輯算法進行局部路徑規(guī)劃，是基于機器人本身裝備的傳感器的實時測量到的環(huán)境信息，通過查表得到規(guī)劃的控制策略，此算法計算量不大，能滿足實時性要求。模糊邏輯算法最大的特點是其控制規(guī)則是由人的經驗總結出來的，能夠克服勢場法容易產生的局部極小問題，對處理環(huán)境未知下的規(guī)劃問題具有了很大的優(yōu)越性。對于解決當遇到用通常的定量的方法來說是很復雜的問題或當外界僅能夠提供定性的、近似的、不確定的信息數據時模糊邏輯算法是非常有效的。(4)遺傳算法遺傳算法運用于輪椅機器人路徑規(guī)劃的研究進來取得了許多成果，其基本思想是：首先初始化種群內的所有個體，即將個體編碼為路徑中一系列中途點，然后進行遺傳操作，如選擇、交叉、復制、變異。經過若干代進化以后，停止進化，輸出當前最優(yōu)個體。遺傳算法主要依靠適應度函數來控制進化方向，因此，適應度的構造至關重要。遺傳算法作為并行算法，不容易陷入局部最優(yōu)，故更有可能搜索到全局最優(yōu)解。但和人工勢場法、模糊邏輯算法相比，遺傳算法實時性交叉，且需要較大的存儲空間和較多的運算時間。(5)神經網絡法近年來，隨著人工神經網絡研究的深入，人們已將神經網絡引入到智能機器人避障研究中，通過實例教學使網絡收斂，學習完成后的網絡，除了其固有的并行特性外，還具有一定的容錯能力，并且對學習中未遇到的情況，也能進行一定的處理。機器人系統是一個實時性要求很高的非線性系統，人工神經網絡提供了解決這方面問題的可能性。由于神經網絡是一個高度并行的分布式系統，所以可用來完成對視覺系統探測到的圖像進行處理，它不僅處理速度高，還可以充分利用其非線性處理能力達到環(huán)境及目標辨識的目的，還可以完成機器人內部坐標和全局坐標的快速轉換。另外，基于環(huán)境拓撲結構組織的網絡，在給出目標后，還可以通過網絡能量函數的收斂得到一條最優(yōu)途徑。神經網絡在導航中的應用還在于對避障和路徑規(guī)劃方面。由于避障和路徑規(guī)劃工作沒有明顯南昌航空大學科技學院學士學位論文7的規(guī)則和難以進行時間分類，可以讓神經網絡通過大量的實例學習來掌握。由于不需要迭代，采用前向網絡學習算法來學習避障行為時，速度很快；Kohonen網絡的自組織特性也可以用來融合傳感器信息，學習從地圖上不同位置到目標的行走路線，一旦學習完成后，機器人就能夠實現自主避障。(6)基于滾動窗口的路徑規(guī)劃算法基于滾動窗口的機器人路徑規(guī)劃是一類典型的在不確定環(huán)境下進行路徑規(guī)劃的算法，它借鑒了預測控制滾動優(yōu)化原理，把控制論中優(yōu)化和反饋兩種基本機制合理地融為一體，使得整個控制既基于模型與優(yōu)化的，又是基于反饋的?；跐L動窗口的路徑規(guī)劃算法的基本思路：首先進行場景預測，在滾動的每一步，機器人根據其探測到的局部窗口范圍內的環(huán)境信息，用啟發(fā)式方法生成局部子目標，并對動態(tài)障礙物的運動進行頂測，判斷機器人行進是否可能與動態(tài)障礙物發(fā)生碰撞；其次，機器人根據窗口內的環(huán)境信息及預測結果，選擇局部規(guī)劃算法，確定向子目標行進的局部路徑，并依所規(guī)劃的局部路徑行進一步，窗口相應向前滾動；然后，在新的滾動窗口產生后，根據傳感器所獲取的最新信息，對窗口內的環(huán)境及障礙物運動狀況進行更新?；跐L動窗口的路徑規(guī)劃方法，主要用于全局未知的環(huán)境中，該方法放棄了對全局最優(yōu)解的要求，利用機器人實時測得的局部環(huán)境信息，以滾動方式進行在線規(guī)劃，具有良好的避碰能力。滾動窗口的路徑規(guī)劃是一種基于C自由空間的局部路徑規(guī)劃算法，由于滾動窗口獲得的環(huán)境信息有限，就全局看來，按這種方法規(guī)劃出的整條路徑并非全局最優(yōu)，這也是所有局部路徑規(guī)劃方法都不可避免的問題。語音識別技術一個典型的語音識別過程包括語音信號的預處理、特征提取、訓練、識別、后處理五個基本單元。(1)預處理語音信號的預處理，包括預濾波、語音信號的數字化、預加重處理、分幀、噪聲抑制和端點檢測等。語音信號的預處理是語音識別過程的前期預備工作，為以后各個環(huán)節(jié)的處理奠定了基礎。(2)特征提取預處理后進行特征參數的提取，合理的選用語音特征是語音識別的一個根本問題，并且對系統的識別性能有著重要的影響。因此，針對系統的實際需求，選用合理的語音特征參數是非常關鍵的。南昌航空大學科技學院學士學位論文8(3)模型訓練經過預處理及特征提取，進行模型訓練，訓練過程的目的是讓系統從大量的真實語音中學習必要的模型參數形成語音參考模式庫。(4)模式匹配根據一定的規(guī)則，利用上述模型參數對輸入的語音進行模式匹配，并給出一個識別結果。(5)后處理后處理單元可能涉及語句分析、語句理解、語義網絡以及語言模型等。它往往不是一個孤立的單元，而是與匹配計算單元、參考模式庫融合在一起，構成一個邏輯關系復雜的系統整體。目前后處理在小詞匯量實用語音系統中還很難使用。2.3.3 分類語音識別系統可以根據對輸入語音的限制加以分類。如果從說話者與識別系統的相關性考慮，可以將識別系統分為3類：(1)特定人語音識別系統：僅考慮對于專人的話音進行識別；(2)非特定人語音識別系統：識別的語音與人無關，通常要用大量不同人的語音數據庫對識別系統進行學習；(3)多人的識別系統：通常能識別一組人的語音，或者成為特定組語音識別系統，該系統僅要求對要識別的那組人的語音進行訓練。語音識別應用系統根據對說話方式的要求，可以將識別系統分為3類：(1)孤立詞語音識別系統：孤立詞識別系統要求輸入每個詞后要停頓；(2)連接詞語音識別系統：連接詞輸入系統要求對每個詞都清楚發(fā)音，一些連音現象開始出現；(3)連續(xù)語音識別系統：連續(xù)語音輸入是自然流利的連續(xù)語音輸入，大量連音和變音會出現。如果從識別系統的詞匯量大小考慮，也可以將識別系統分為3類：(1)小詞匯量語音識別系統：通常包括幾十個詞的語音識別系統。(2)中等詞匯量的語音識別系統：通常包括幾百個詞到上千個詞的識別系統。(3)大詞匯量語音識別系統：通常包括幾千到幾萬個詞的語音識別系統。隨著計算機與數字信號處理器運算能力以及識別系統精度的提高，識別系統根據詞匯量大小進行分類也不斷進行變化。目前是中等詞匯量的識別系統到將來可能就是小詞匯量的語音識別系統。這些不同的限制也確定了語音識別系統的困難度。2.3.3 分析一般來說，語音識別的方法有三種：基于語音學和聲學的方法、模板匹配的南昌航空大學科技學院學士學位論文9方法以及利用人工神經網絡的方法。’(1)基于語音學和聲學的方法該方法起步較早，在語音識別技術提出的開始，就有了這方面的研究。但由于其模型及語音知識過于復雜，現階段沒有達到實用的階段。(2)模板匹配的方法模板匹配的方法發(fā)展比較成熟，目前已達到了實用階段。在模板匹配方法中，要經過四個步驟：特征提取、模板訓練、模板分類、判決。常用的技術有三種：動態(tài)時問規(guī)整(DTW)、隱馬爾可夫模型(HMM)理論、矢量量化(VQ)技術。(3)神經網絡的方法。利用人工神經網絡的方法是80年代末期提出的一種新的語音識別方法。人工神經網絡(ANN)本質上是一個自適應非線性動力學系統，模擬了人類神經活動的原理。具有自適應性、并行性、魯棒性、容錯性和學習特性。其強的分類能力和輸入一輸出映射能力在語音識別中都很有吸引力。但由于存在訓練、識別時間太長的缺點，目前仍處于實驗探索階段。由于ANN不能很好的描述語音信號的時間動態(tài)特性．所以常把ANN與傳統識別方法結合，分別利用各自優(yōu)點來進行語音識別。這些結合形成的算法提高了識別的性能，并彌補了神經網絡的缺點，增強了識別系統的魯棒性。三 研究內容和實驗方案根據調研結果，智能輪椅在國外已取得長足的發(fā)展，但大多數也都是在實驗室或是少數定做，還沒有形成批量生產，在國內也是近幾年才開始進行研究。智能輪椅作為幫助殘疾人的一種服務機器人，應以人為核心進行設計，即應當在安全行駛和實用性方面下功夫。本文以人為本，對智能輪椅安全避障，語音控制中可避障控制，手動控制進行了深入研究。(1)研究目的本課題的目標是構建智能輪椅多模態(tài)控制系統：自主避障模態(tài)、手動控制模態(tài)、語音控制中可避障模態(tài)。適應多種用戶的需要。(2)研究方法本課題智能輪椅多模態(tài)控制系統總體設計采用模塊化設計，采用超聲波傳感器測距原理和局部路徑規(guī)劃理論設計了輪椅自主避障模態(tài)，采用SPI模擬技術設計了手動控制模態(tài)，語音識別技術和決策層融合技術設計了語音控制可避障模態(tài)。南昌航空大學科技學院學士學位論文10(3)研究結果本課題在實驗室外空曠區(qū)域進行了智能輪椅多模態(tài)控制系統實驗，經過實驗我們發(fā)現，多模態(tài)控制系統運行良好，可以滿足多種用戶的需要，具有很高的實用價值。四 目標,主要特色及工作進度本課題創(chuàng)新點體現在以下幾點：(1)僅在SPCE061A單片機的基礎上，實現了語音控制中可避障控制、自主避障控制、手動控制，使得智能輪椅人機交互性更強，運行更加安全、穩(wěn)定可靠。并且在功能上可以根據不同的用戶對象分模塊定制。(2)利用超聲波測距原理和路徑規(guī)劃理論，以一塊SPCE061A單片機開發(fā)板為控制核心，電動輪椅為控制載體，設計了智能輪椅自主避障模態(tài)的硬件系統和軟件系統。(3)基于安全角度考慮，在對語音控制單模態(tài)和自主避障控制單模態(tài)進行分析的基礎上，設計了語音控制中可避障模態(tài)。(4)利用SPI模擬技術設計了DA驅動控制模塊和手動控制模塊。工作進度:(1) 收集有關資料,寫出相關報告; 3.24—4.3(2) 系統方案設計 4.6---4.23(3) 輪椅結構及主要部件功能 4.26—5.5(4) 繪制零件圖 5.7---5.25(5) 撰寫論文 5.28—6.6五 參考文獻【1】張桂榮．人口老齡化與社會養(yǎng)老保險[D】．山東，山東大學【2】李芳蕾．我國報刊殘疾人報道研究【D】．北京，中央民族大學【3】Brooks R A robust layered control system for a mobile robot．IEEE Transactions on Roboticsand Automation．1 986．2(¨．1 4～23【4】向靜波．移動機器人的路徑規(guī)劃和控制研究【D】．河北，西北工業(yè)大學．2004【5】BorockeR R W et a1．Asymptomic Stability and Feedback 南昌航空大學科技學院學士學位論文11Stabilization．DifferentialGeometric Control Theory，1 983：1 8 1"-208【6】N Nilsson．A mobile automation：An application of artificial intelligence techniques．In procIJCAI，1969【7】C．Ronald Kube and Hong Zhang．Task modelling in Collective Robotics．AutonomousRobots，1997 53"72【8】Koren，Y and Broenstein，j．Potential Field Methods and their Limitations for mobile RobotNavigation．IEEE Int．Conf．on Robotics and Automation．1 99 1：1 398～1404[9】張穎，吳成東，原寶龍．機器人路徑規(guī)劃方法綜述【J】．控制工程，2006(12)：23"-'25【10】樊長虹，陳衛(wèi)東，席裕庚．未知環(huán)境下移動機器人安全路徑規(guī)劃的一種神經網絡方法【J】．自動化學報．2004。30(6)：2～8【1 l】Gang Feng．A Compensating Scheme for Robot Tracking Based Oil Neural Networks．Robotics and Autonomous Systems．1 995：1 99-206【1 2】Yang Simon X，Meng Max．An Effcient Neural Network Method for Real-time MotionPlanning with Safety Consideration．Robot and Autonomous Systems．2000[13】張穎，吳成東，原寶龍．機器人路徑規(guī)劃方法綜述．控制工程．2003，10(50)：1～2【14】李玲，鄒大勇，謝維達．基于自適應模糊人工勢場法的自動引導小車路徑規(guī)劃．長沙電力學院學報．2005．20(3)：1"-3 。[15】謝宏斌，劉國棟，李春光．基于遺傳算法的機器人動態(tài)路徑規(guī)劃的仿真．武漢工業(yè)學院學南昌航空大學科技學院學士學位論文12報．2003，22(3)：1---3【16】劉成良，張凱，付莊．神經網絡在機器人路徑規(guī)劃中的應用研究．機器人．2001，23(7)：1～4【1 7】李磊，葉濤，譚民．移動機器人技術研究現狀與未來．機器人．2005，24(5)：1"-'5【1 8】Levent Yenilmez,Hakan Temeltas．Real Time Multi-Sensor Fusion And Navigation ForMobile Robots．Electroteehnical Conference，1 998，VOL．1：22 1"-'225【19】何友，王國宏，陸大淦，彭應寧．傳感器信息融合及其應用【MJ．北京：電子工業(yè)出版社，2000【20】袁軍，王敏，黃心漢，陳錦江．智能系統多傳感器信息融合研究進展．控制理論與應用，1994，ll(5)：513～519【21】Chang and Song Ultrasonic Sensor Data integration[J]．Journal of Robotic System，1996，8(3)：664～667