裝配圖叉形件工藝及銑床夾具設(shè)計(jì),裝配,叉形,工藝,銑床,夾具,設(shè)計(jì) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 英文翻譯 題目 智能移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái) 專(zhuān)業(yè)名稱(chēng) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名 程龍飛 指導(dǎo)教師 鄧修瑾 畢業(yè)時(shí)間 2014-06 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 智能移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái) 作者JC wolf 一個(gè)完成機(jī)器人和自動(dòng)化系統(tǒng)學(xué)位的報(bào)告提交給普利茅斯大學(xué) 2003 - 2004 序言 這篇報(bào)告介紹了智能移動(dòng)機(jī)器人的理論和關(guān)注的焦點(diǎn)是相關(guān)問(wèn)題的解決并對(duì)不同方法做了具體補(bǔ)充。在為了完成自主移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)、建造和測(cè)試這個(gè)項(xiàng)目。設(shè)計(jì)的機(jī)器人和輪椅大小差不多,使它能繞著建筑物行走。它為未來(lái)導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展提供了一個(gè)平臺(tái)。它有能力成為一個(gè)完善的服務(wù)機(jī)器人。它在未來(lái)領(lǐng)域的發(fā)展已經(jīng)被確定。一個(gè)避障系統(tǒng)已成功應(yīng)用是為了證明這些。它的最大速度為1.5米/秒。 在不同領(lǐng)域的一個(gè)研究領(lǐng)域,例如快速傳感技術(shù)超音波測(cè)距,軌跡生成的快速運(yùn)動(dòng)和避障,被執(zhí)行了。測(cè)試完成之后,為了確認(rèn)軌跡生成的理論。 該報(bào)告深入了解電路設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)。并且完成了現(xiàn)代微控制器模塊設(shè)計(jì)。由于靈活的設(shè)計(jì)、模塊提供了另一個(gè)學(xué)生項(xiàng)目基地,包括這一個(gè)。電力電子設(shè)計(jì)提供的直流電機(jī)的電流上升到30安培每頻道。這個(gè)線路的最大電力不需要昂貴專(zhuān)門(mén)的組件。 該項(xiàng)目順利完成。這是部分的最后一年,在本科學(xué)位課程和換向機(jī)器人自動(dòng)化系統(tǒng)。 致謝 作者特別感謝為這項(xiàng)工作默默付出的他的許多同學(xué)。 同時(shí)感謝我的主管的圭多Bugmann博士，保羅·羅賓遜博士。潘根華博士和講師艾倫·辛普森，的曼塞爾戴維斯博士，菲爾博士Culverhouse，近3年來(lái)支持我。此外，我從大衛(wèi)和羅杰·鮑爾斯，鮑勃·布雷，工學(xué)碩士，ING，彼得·路德，菲爾霍爾和菲爾·布朗得到了良好的技術(shù)支持。 最后筆者希望向他的家人致敬。我的父母（本和瑪麗亞狼),在經(jīng)濟(jì)上支持我并且用很多方法鼓勵(lì)我。特別要感謝我美麗的妻子Soo-mi楊, 她在許多方面支持和寬恕。沒(méi)有她的道義支持這個(gè)項(xiàng)目可能不會(huì)完成。 J.C.亞狼 普利茅斯大學(xué) 2004年4月 目錄 序言 2 致謝 3 目錄 4 第1章 概述 7 第2章 智能移動(dòng)機(jī)器人原理 8 第1節(jié) 數(shù)字控制器 8 2.1.1 取樣和量化 8 2.1.2 AD轉(zhuǎn)換 9 2.1.3 DA轉(zhuǎn)換 9 2.1.4 采樣頻率 9 2.1.5 延遲 10 第2節(jié) 軌跡生成 10 2.2.1 弧 11 2.2.2 貝塞爾曲線 13 2.2.3 直線指引 14 2.2.4 視線指引線 14 2.2.5 向量場(chǎng) 15 2.2.5.1 勢(shì)場(chǎng) 15 2.2.5.2 基于矢量場(chǎng)極限環(huán) 16 2.2.5.3 矢量場(chǎng)融合 17 2.2.5.4 啟動(dòng)款匹配的動(dòng)力動(dòng)機(jī)器 20 第3節(jié) 造型移動(dòng)機(jī)器人 20 第3章 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 22 第1節(jié) 規(guī)格 22 第2節(jié) 機(jī)械設(shè)計(jì) 22 3.2.1 框架 22 3.2.2 轉(zhuǎn)向 23 3.2.3 變速箱 24 3.2.4 精度 25 第4章 電子硬件設(shè) 25 4.1.1 供電電路 25 4.1.2 單片機(jī)模塊 26 4.1.3 超音波傳感器 28 4.1.4 軸編碼器 31 4.1.5 初步設(shè)計(jì) 31 4.1.6 最后軸角編碼器及其特點(diǎn)設(shè)計(jì) 31 4.1.7 伺服控制器 32 4.1.8 電力電子 35 4.1.9 電路輸入 37 4.1.10 電路功能 37 4.1.11 故障電流限制器設(shè)計(jì) 38 第2節(jié) 溝通機(jī)載 40 4.2.1 串行通信 40 4.2.2 I2C通訊 42 第5章 智能控制 44 第1節(jié) 運(yùn)動(dòng)學(xué)模型 44 5.1.1 矢量逆解系統(tǒng) 44 5.1.2 逆運(yùn)動(dòng)學(xué)算法 45 第6章 用于指導(dǎo)的傳感器 46 第1節(jié) 位置 46 第2節(jié) 遙感調(diào)查的速度和反應(yīng)時(shí)間 46 第3節(jié) 導(dǎo)航和制導(dǎo)系統(tǒng)造型 49 6.3.1 演示制導(dǎo)系統(tǒng) 49 第7章 三維監(jiān)測(cè)界面 51 第1節(jié) VRML 51 第2節(jié) 信息交換的遠(yuǎn)程監(jiān)控 51 第8章 項(xiàng)目管理 52 第9章 結(jié)論 53 關(guān)鍵詞 54 參考文獻(xiàn) 55 附件 56 附錄1:ATMega UoP手冊(cè)》(征求意見(jiàn)稿 ) 56 附錄2 :系統(tǒng)綜述框圖 63 附錄3:源代碼 69 第1章 概述 服務(wù)機(jī)器人還沒(méi)有現(xiàn)成的產(chǎn)品。為什么?因?yàn)樾枰芯坑懈纳频恼n程,直到第一個(gè)真正的服務(wù)型機(jī)器人可以去投入生產(chǎn)。 一個(gè)服務(wù)機(jī)器人的需求是將融入到人類(lèi)的環(huán)境中并與人類(lèi)相同的速度來(lái)移動(dòng)和運(yùn)行。當(dāng)前智能移動(dòng)機(jī)器人通常緩慢移動(dòng)甚至停止來(lái)測(cè)量。這將是其他人傳遞的障礙。緩慢的機(jī)器人是低效甚至沒(méi)用的,因?yàn)橛脩艨赡軐幵缸约鹤?都比它快。這個(gè)項(xiàng)目是關(guān)于給機(jī)器人提供快速運(yùn)行的平臺(tái),這樣使移動(dòng)機(jī)器人對(duì)現(xiàn)實(shí)生活中更有用。 作者在許多不同的項(xiàng)目中獲得移動(dòng)機(jī)器人的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí),包括:機(jī)器人足球,Melexis獎(jiǎng)杯和其它。更多的相關(guān)項(xiàng)目的信息可以在JC亞狼網(wǎng)頁(yè)上找到(2004):www.swrtec.de。在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候,這些項(xiàng)目的知識(shí)有助于這份報(bào)告。尤其是機(jī)器人足球,在快速移動(dòng)是必不可少的,理可開(kāi)發(fā)和測(cè)試并轉(zhuǎn)移到自然環(huán)境問(wèn)題。 第2章 智能移動(dòng)機(jī)器人原理 在本章將移動(dòng)機(jī)器人的基本理論和原則進(jìn)行解釋。當(dāng)該理論應(yīng)用于快速的機(jī)器人時(shí)，一定要特別注意其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。 2.1數(shù)字控制器 大多數(shù)機(jī)器人應(yīng)用使用數(shù)字控制器,因此基本的數(shù)字控制應(yīng)給予及其優(yōu)勢(shì)的影響進(jìn)行討論。 一些數(shù)字控制的最重要的優(yōu)點(diǎn)：括公元前（1992） ·數(shù)字元件不易老化和隨環(huán)境變化。 ·他們對(duì)噪聲和干擾不敏感。 ·數(shù)字處理器是更緊湊，重量輕。（適用于內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人） ·他們更加靈活和強(qiáng)大。 ·微處理器和數(shù)字信號(hào)處理器成本持續(xù)下降。 然而它也有缺點(diǎn)： ·由于有限的運(yùn)算速度和信號(hào)的分辨率的限制字長(zhǎng)的數(shù)字處理器。（相比之下，當(dāng)模擬控制器在實(shí)時(shí)操作時(shí)，而該解決方案在理論上是無(wú)限的。） ·有限字長(zhǎng)往往轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)不穩(wěn)定。 ·對(duì)運(yùn)算速度的限制，導(dǎo)致控制回路中的時(shí)間延遲這可能會(huì)導(dǎo)致閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。 2.1.1取樣和量化 大多數(shù)控制系統(tǒng)包含數(shù)字以及模擬信號(hào)。因此模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換（AD），反之亦然（DA），發(fā)揮了重要作用。機(jī)器人可能有A至D轉(zhuǎn)換器或車(chē)輪的軸角編碼器的伺服系統(tǒng)。在這種情況下的采樣和量化是必需的。 2.1.2 AD轉(zhuǎn)換 一個(gè)模擬值發(fā)生在瞬間。由于數(shù)字號(hào)碼的長(zhǎng)度是有限的，模擬值四舍五入。這個(gè)過(guò)程被稱(chēng)為量化。最低的值或最接近的值，它可以圓整（1位），被稱(chēng)為量化水平。一個(gè)輸出A至D轉(zhuǎn)換器的停留時(shí)間T不變，直到一個(gè)新的元素已被轉(zhuǎn)換和控制器。時(shí)間T被稱(chēng)為采樣周期。處理器通常計(jì)算內(nèi)通過(guò)控制算法輸出采樣周期。這意味著輸出至少比輸入遲T。 2.1.3 DA轉(zhuǎn)換 數(shù)字字轉(zhuǎn)換成相應(yīng)比例的模擬水平?！白钚〉囊徊剑粋€(gè)量化級(jí)別限制的準(zhǔn)確性。幸運(yùn)數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換可以幾乎同時(shí)發(fā)生。然而，直到一個(gè)新的值被轉(zhuǎn)換DA轉(zhuǎn)換器的輸出才會(huì)改變。這是分析零階保持和框圖建模過(guò)程的步驟。 圖1 .在瞬間采樣數(shù)據(jù)的kT 2.1.4采樣頻率 采樣頻率ωs必須選擇一種方式，該控制器能應(yīng)對(duì)改變輸入值ωv，干擾ωw和控制器植物功能帶寬ωb。奈奎斯特 —— 香農(nóng)采樣定理指出，采樣頻率必須至少兩次信號(hào)的頻率。事實(shí)上，這不會(huì)得到平穩(wěn)的控制器響應(yīng)。因此，一般情況下，ωs應(yīng)當(dāng)選擇滿足下列公式： （1） （2） 當(dāng)停留時(shí)間TSE設(shè)定時(shí)，該系統(tǒng)的采樣周期為ωs和固有頻率為ωn。 通?？刂破魇怯脕?lái)控制移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)動(dòng)機(jī)。機(jī)械運(yùn)動(dòng)時(shí)間常數(shù)與ωn和幾百毫秒有關(guān)。因此實(shí)際的采樣頻率不是很高。 （比如50HZ - 1000Hz）。如果機(jī)器人通過(guò)視覺(jué)控制，這將成為一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)殡娔X（目前）沒(méi)有強(qiáng)大到足以提供一個(gè)視覺(jué)系統(tǒng)與50-1000Hz的頻率相比。其他傳感器，如軸角編碼器，但不采取太大的CPU功率和采樣頻率可以很容易地實(shí)現(xiàn)。 2.1.5延遲 在信號(hào)傳輸和傳感器處理信息期間發(fā)生延遲，在數(shù)字控制系統(tǒng)中。延遲可能導(dǎo)致不穩(wěn)定，必須保持在最低限度。如果延遲無(wú)法通過(guò)提高CPU的功率或其他硬件來(lái)減少的話，預(yù)測(cè)控制方法可以在一定程度彌補(bǔ)延遲。預(yù)測(cè)控制方法往往需要一個(gè)控制過(guò)程的模型。這使控制器更復(fù)雜，正因?yàn)槿绱?它并非常見(jiàn)的。在快速機(jī)器人的情況下，延誤是至關(guān)重要的。減少的延遲增加了控制器的收益，因此可以改善瞬態(tài)響應(yīng)。 2.2軌跡生成 有許多方法來(lái)生成一個(gè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡（路徑）。通常軌跡發(fā)生器的輸入數(shù)據(jù)是一個(gè)初始值，目標(biāo)位置，可能是中間的航點(diǎn)或障礙。軌跡發(fā)生器是一個(gè)指導(dǎo)系統(tǒng)。導(dǎo)引系統(tǒng)通常是導(dǎo)航系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)指導(dǎo)機(jī)器人向目標(biāo)點(diǎn)而言，給它的導(dǎo)航系統(tǒng)。 快速的移動(dòng)機(jī)器人必須以盡可能快的速度移動(dòng)。因此，車(chē)輛速度和控制器收益達(dá)到了極限。如果所要求的軌跡超出系統(tǒng)能力可能出現(xiàn)下列問(wèn)題： 在這個(gè)巨大的需求中輸入非線性關(guān)系，如滑移和飽和度，可以使系統(tǒng)不穩(wěn)定和機(jī)器人旋轉(zhuǎn)失控。 機(jī)器人不能按照所需的路徑，可能會(huì)碰到一個(gè)障礙。 因此，有必要生成相匹配的車(chē)輛動(dòng)態(tài)軌跡。 這里有一個(gè)已被調(diào)查過(guò)他們的基本軌跡功能概述的簡(jiǎn)介并討論其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。 2.2.1弧 弧是圓的一部分。通過(guò)計(jì)算一個(gè)圓圈，可以產(chǎn)生一個(gè)路徑，起點(diǎn)和終點(diǎn)是圓的切點(diǎn)。計(jì)算半徑與車(chē)輪速度 和機(jī)器人的轉(zhuǎn)向有直接的關(guān)系。由此產(chǎn)生的每個(gè)車(chē)輪的速度有固定的比例，這是一個(gè)優(yōu) 勢(shì)，因?yàn)樗?jiǎn)化計(jì)算。 切向加速度at可以很容易地被軌跡生成算法限制，否則就會(huì)發(fā)生在之后的機(jī)器人控制器里。這增加路徑下面的準(zhǔn)確性。 (3) (4) 結(jié)合: 半徑R是已知的軌跡發(fā)生器。加速度| at|≤K僅限于K和機(jī)器人v的前進(jìn)速度，通常是一個(gè)機(jī)器人控制器輸入，可以根據(jù)需要設(shè)置。如果機(jī)器人需要在一條直線上移動(dòng)半徑是無(wú)限的。在這種情況下，算法必須算作一個(gè)例外。 圖2 這里是一個(gè)例子，作者采用了一圈接近目標(biāo)點(diǎn)從0度水平的軌跡后才能繼續(xù)。這個(gè)例子取自機(jī)器人足球。機(jī)器人旨在視線指導(dǎo)的的i1。合格后，I1的機(jī)器人是計(jì)算圓相切，并可以進(jìn)入在I2圈。它將退出圓與球碰撞時(shí)，并繼續(xù)直線運(yùn)動(dòng)和輕微的加速對(duì)運(yùn)球向目標(biāo)。 圖3：圓直線移動(dòng)的軌跡應(yīng)用于機(jī)器人足球 這一戰(zhàn)略已實(shí)施于一體的世界上最成功的機(jī)器人足球戰(zhàn)略：韓國(guó)大學(xué)和KAIST，看到北京李等人（1999）。它有筆者也進(jìn)行了測(cè)試。圖3顯示了從MAPLE包含文件的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)從一個(gè)真正的游戲情況。這種方法的主要缺點(diǎn)是：避障和在動(dòng)態(tài)環(huán)境變化的其他因素難以和直圓直剛性結(jié)構(gòu)相結(jié)合。優(yōu)勢(shì)是簡(jiǎn)單，匹配容易和預(yù)測(cè)的軌跡機(jī)器人動(dòng)力學(xué)動(dòng)作準(zhǔn)確。 2.2.2 貝塞爾曲線 貝塞爾曲線可以被定義為與兩條直線相切的一條曲線。選擇第一條直線時(shí)要通過(guò)機(jī)器人的初始位置并且第二條直線要通過(guò)終點(diǎn)。第一直線確定機(jī)器人的方向。第二條線的方向決定機(jī)器人從哪一方接近目標(biāo)（最后的姿勢(shì)）。這是形成這種軌跡的非常好的一個(gè)性質(zhì)。主要缺點(diǎn)是貝塞爾曲線數(shù)學(xué)的復(fù)雜性曲線,使得它難以創(chuàng)造的軌跡一個(gè)機(jī)器人能跟隨在高速狀態(tài)下。當(dāng)要求機(jī)器人沿目標(biāo)曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)作者進(jìn)行了貝塞爾曲線實(shí)驗(yàn)。一旦機(jī)器人靠近目標(biāo)點(diǎn),下一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)將被確定路。 當(dāng)機(jī)器人開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)，需要轉(zhuǎn)90度。它從（X，Y）=（57,15）點(diǎn)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。線上的點(diǎn)確定了產(chǎn)生的軌跡。當(dāng)改變機(jī)器人方向和速度這兩者之間的關(guān)系不平衡時(shí)，會(huì)使機(jī)器人離目標(biāo)很遠(yuǎn)。 實(shí)際上機(jī)器人的路徑是小三角形。 圖四:貝塞爾曲線軌跡 與第一個(gè)實(shí)驗(yàn)相比這個(gè)實(shí)驗(yàn)起點(diǎn)和終點(diǎn)的 方向比較小，起點(diǎn)(x,y)=(77,12) 并且速度減小了。 機(jī)器人沿被要求和相當(dāng)精確的軌跡運(yùn)動(dòng)是沒(méi)問(wèn)題的。 圖5:貝塞爾曲線軌跡 2.2.3.直線導(dǎo)引 通過(guò)旋轉(zhuǎn)機(jī)器人可以沿直線移動(dòng)到目標(biāo)點(diǎn)。對(duì)輪式機(jī)器人而言，沒(méi)有切向速度只有微分 轉(zhuǎn)動(dòng)的可能。該系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是，它是簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確。主要缺點(diǎn)是速度，因?yàn)闄C(jī)器人必須停止轉(zhuǎn)動(dòng)。 2.2.4 視線指導(dǎo)線 也被稱(chēng)為導(dǎo)彈制導(dǎo)與直線的指導(dǎo)有關(guān)，但這個(gè)時(shí)候機(jī)器人移動(dòng)比目標(biāo)方向稍高。如果向量從機(jī)器人指向目標(biāo)點(diǎn)，那么它的角度θ∠ = 表明機(jī)器人應(yīng)該沿仰角方向運(yùn)動(dòng)。 2.2.5向量場(chǎng) 一個(gè)向量場(chǎng)實(shí)質(zhì)是由一個(gè)2-維向量組成的區(qū)域。一個(gè)向量由大小和方向組成，向量對(duì)于速度和航向角而言相當(dāng)重要。 大小被認(rèn)為是向量場(chǎng)中很重要的問(wèn)題，大小對(duì)于通過(guò)每個(gè)向量組合成為向量場(chǎng)是很有用的。越重要的向量越長(zhǎng)，航向角貼近的是更加重要的向量。 一些向量場(chǎng)產(chǎn)生器，像是基礎(chǔ)的勢(shì)場(chǎng)產(chǎn)生法，是不考慮大小的。這種情況下大小經(jīng)常被忽略。 2.2.5.1勢(shì)場(chǎng) 勢(shì)場(chǎng)的一些理論像是軌跡的概念是從物理領(lǐng)域中的電學(xué)部分中分化而出的。 引力場(chǎng)公式如下： 這里 是一個(gè)沖起始到目標(biāo)位置的向量 是一個(gè)從起始指向機(jī)器人的向量 是一個(gè)表征機(jī)器人當(dāng)前位置的單位化的長(zhǎng)度和預(yù)計(jì)的角度。 結(jié)果是指向目標(biāo)的。引力場(chǎng)是關(guān)聯(lián)其中的可視的指引。 斥力場(chǎng)產(chǎn)生背向目標(biāo)的向量。等式是 表格6：引力場(chǎng) 表格6展示了一個(gè)引力場(chǎng)指向目標(biāo)點(diǎn)（0.0）。在當(dāng)前應(yīng)用的機(jī)器人僅有當(dāng)前位置的向量才加入計(jì)算 ，對(duì)于多為圖表像表格6這樣，機(jī)器人可以在場(chǎng)中任何可能的地方，同時(shí)也可以在任何點(diǎn)長(zhǎng)生向量。 2.2.5.2基于極限環(huán)的向量場(chǎng) 極限環(huán)是非線性控制理論的一部分。但是一個(gè)表格能夠表現(xiàn)極限環(huán)的屬性，像是表格7，那么這個(gè)表格便可以適應(yīng)路徑生成。此問(wèn)題更深入的解讀請(qǐng)閱讀D-H Kim（2000）。極限環(huán)的非線性功能的第二位表現(xiàn)為一個(gè)向量場(chǎng)包含一個(gè)單位環(huán)。單位環(huán)外的向量將產(chǎn)生于單位環(huán)相切的方向。這可以看成是一個(gè)圓弧/圓軌跡生成率可以引導(dǎo)機(jī)器人自動(dòng)從任何方向進(jìn)入該圓。最終生成的向量場(chǎng)可以用來(lái)產(chǎn)生圓弧軌跡或者是用于避障。 圖表7：極限環(huán) 極限環(huán)的缺點(diǎn)在于一旦機(jī)器恩跨過(guò)了單位元，向量場(chǎng)將指向中心。所以，具體實(shí)現(xiàn)極限環(huán)控制并不容易，因?yàn)闄C(jī)器人在接近單位圓時(shí)可能會(huì)稍稍的越過(guò)邊界。 對(duì)這種場(chǎng)在單位環(huán)內(nèi)進(jìn)行修改時(shí)一個(gè)解決此種問(wèn)題的可行的措施。 2.2.5.3矢量場(chǎng)的融合 所有的可提供向量場(chǎng)都可以在同一時(shí)間進(jìn)行討論。作者開(kāi)發(fā)了一種可供合并向量場(chǎng)合并的方法，該方法在Robinson P(2004)中論述。 約束和要求： -兩個(gè)或者更多的向量場(chǎng)。 -這些向量場(chǎng)包含標(biāo)準(zhǔn)化的向量。 這種方法最好用一個(gè)例子來(lái)描述。一個(gè)典型的需要向量場(chǎng)合并的地方在于當(dāng)一個(gè)機(jī)器人R需要避免和機(jī)器人O在路上相遇去目標(biāo)T時(shí)?？聪旅鎴D表8。 在融合向量場(chǎng)過(guò)程中，需要一個(gè)加權(quán)函數(shù)。經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)證明，高斯正態(tài)分布函數(shù)在合并兩個(gè)場(chǎng)域是很合適的方式。（一個(gè)圓柱體或是一個(gè)椎體都可能產(chǎn)生一個(gè)突然的沖擊以使航向角發(fā)生變化并產(chǎn)生激發(fā)不穩(wěn)定現(xiàn)象。） 圖表8：回避方案 a 角和當(dāng)前的機(jī)器人航向角q是不同的，ro向量是指向機(jī)器人回避方向。 那個(gè)a角是表征機(jī)器人和障礙物碰撞程度的量。這個(gè)角度越小，碰撞事件發(fā)生的情況就越小，同時(shí)避開(kāi)障礙物的可能性越高。 這個(gè)機(jī)器人的任務(wù)是走到T點(diǎn)。為了將攔在它和目標(biāo)點(diǎn)之間的障礙物也納入考慮，那個(gè)機(jī)器人就必須計(jì)算障礙物和自己的距離。這個(gè)距離在式子中是以矢量ro定義的。和障礙物的距離越短就意味著避開(kāi)障礙物的重要性越大。 一個(gè)回避向量場(chǎng)應(yīng)該被定義的和任務(wù)向量場(chǎng)rt場(chǎng)一樣。標(biāo)準(zhǔn)化后的目標(biāo)向量是。 提供的兩個(gè)向量和是用高斯加權(quán)方程加在一起的-融合。 這里： 是結(jié)果典型的目標(biāo)向量 M是一個(gè)固定的加權(quán)因素 G()是高斯方程。 m是對(duì)高斯方程的安全系數(shù) s是高斯方程的分布 我們可以知道要回避一個(gè)障礙，本質(zhì)上有兩個(gè)因素。 a和ro。 作者按對(duì)于在場(chǎng)域內(nèi)特定點(diǎn)完成這個(gè)任務(wù)的重要程度關(guān)聯(lián)每個(gè)向量的長(zhǎng)度來(lái)作為向量融合的基礎(chǔ)原則。 呢個(gè)a和ro可以作為限制藍(lán)本來(lái)影響 的長(zhǎng)度。 表示所能帶來(lái)的最大的安全度。 t是溝槽的陡峭斜坡的斜度。 一個(gè)更大的t將會(huì)到這更高的角度。這已經(jīng)是被認(rèn)為很重要的。機(jī)器人距離障礙ro的路程在高斯方程中被認(rèn)為是位置參數(shù)的藍(lán)本。 最終，結(jié)果向量場(chǎng)為機(jī)器人表征了新的瞬時(shí)航向角。 在不同速度的足球機(jī)器人上實(shí)驗(yàn)，最大速度為3米每秒。坐標(biāo)系統(tǒng)已英寸為單位。 表格9：在0.36米每秒速度下的避障路徑 表格10:0.51米每秒速度下的避障路徑 表格11:0.84米每秒速度下的避障路線。 2.2.6設(shè)置軌跡舍棄匹配移動(dòng)機(jī)器人的動(dòng)態(tài)模型。 作者當(dāng)前的嘗試是將勢(shì)力場(chǎng)的路徑和機(jī)器人的動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行對(duì)比以決定是否機(jī)器人會(huì)按路徑移動(dòng)。這可以在頻域進(jìn)行，通過(guò)在需要按路徑行動(dòng)時(shí)對(duì)機(jī)器人頻寬加上模型頻寬和輸入信號(hào)作比較來(lái)進(jìn)行研究。這種方法可以進(jìn)一步研究。這可以為根據(jù)機(jī)器人頻寬定制向量場(chǎng)提供基礎(chǔ)。 2.3模型化移動(dòng)機(jī)器人 這一章研究的是開(kāi)發(fā)和理解分析運(yùn)動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和致力于控制運(yùn)動(dòng)模型上運(yùn)動(dòng)鏈的每個(gè)馬達(dá)。此理論更深入的閱讀請(qǐng)參閱McKerrow P J (1991)章節(jié)8.1此書(shū)參考Muir P F和Neuman C P (1986)。Muir和Neuman介紹了一個(gè)模型化輪動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人的方法。這和機(jī)器人手臂的模型化很有用（機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)）。 差動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人 差動(dòng)驅(qū)動(dòng)是模型化一個(gè)移動(dòng)機(jī)器人的一種簡(jiǎn)單方法。這也是為什么這種方法如此的普遍。這種機(jī)器人是由2個(gè)對(duì)角線發(fā)轉(zhuǎn)車(chē)輪組成，具體見(jiàn)表格12.如果兩個(gè)輪子都有同樣的向量，機(jī)器人將會(huì)走直線。如果一個(gè)輪子比另一個(gè)輪子比另一個(gè)快，機(jī)器人將會(huì)轉(zhuǎn)圈。如果一個(gè)輪子開(kāi)向反方向同速度，機(jī)器人將會(huì)在原地打轉(zhuǎn)，“在一點(diǎn)上”。 雅克比輪的矩陣如下： 這里V是指向機(jī)器人中心的向量。是繞機(jī)器人中心的角度向量，具體看圖表12.p通過(guò)雅克比輪和P進(jìn)行聯(lián)系。P表示機(jī)器人姿態(tài)。機(jī)器人姿態(tài)可以表征機(jī)器人運(yùn)動(dòng)相對(duì)地板的運(yùn)動(dòng)程度。 指示機(jī)器人的瞬時(shí)航向角。 假設(shè)沒(méi)有摩擦，輪子的方向會(huì)指向正前，瞬時(shí)和速度方向一直。這種現(xiàn)象的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是不能向側(cè)移動(dòng)。 圖表12:差動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人 第 17 頁(yè) 共 17 頁(yè)