1．引言
戰(zhan)斗是人們所沒有違心見到的，但(dan)有時(shi)是不(bu)可避(bi)免的。為(wei)了正(zheng)在戰(zhan)斗中取得劣勢，盡(jin)量的削(xue)減(jian)人員傷亡(wang)跟經濟損(sun)失，世界(jie)上許多國度(du)皆投入大批的人力、財力研(yan)討(tao)制(zhi)造軍用機(ji)器人。海洋(yang)微小(xiao)型探查機(ji)器人是軍用機(ji)器人的一種。它存在體積(ji)小(xiao)，布局簡(jian)略，本錢昂貴，研(yan)討(tao)周期(qi)短，易實(shi)(shi)現(xian)“群”進(jin)擊等(deng)特色(se)。正(zheng)在真實(shi)(shi)戰(zhan)斗中不(bu)容易被察覺，簡(jian)單接近方針，可以(yi)取得大批真實(shi)(shi)靠得住跟實(shi)(shi)時(shi)的數(shu)據。以(yi)是正(zheng)在現(xian)階段間(jian)接的戰(zhan)役型機(ji)器人借不(bu)突破性(xing)希(xi)望(wang)的時(shi)間(jian)，探查機(ji)器人成為(wei)軍用機(ji)器人研(yan)討(tao)的熱點。
本文以中國科學院沈陽自動化(hua)研究所正在(zai)研制的(de)小(xiao)型空中探(tan)查機器人(ren)“山羊號”為(wei)實(shi)驗根底，實(shi)現了機器人(ren)的(de)監視式控制器的(de)計劃，并正在(zai)這個機器人(ren)平臺上驗證了監視式節制的(de)方法的(de)實(shi)際可行性(xing)跟優越性(xing)。
2．監視式節制與(yu)其他(ta)節制方法的(de)比力(li)
挪動控制(zhi)器(qi)的(de)計(ji)劃是(shi)微小型探查(cha)機(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)的(de)一個研(yan)討(tao)重點。開展(zhan)古代機(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)控制(zhi)系統的(de)實踐經驗(yan)評釋，正(zheng)在現(xian)有的(de)實際跟(gen)(gen)技術水平下，研(yan)討(tao)具有高度智能的(de)齊自立機(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)的(de)技巧前提還遠未成熟；關(guan)于田(tian)野(ye)機(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)來講，因為通信(xin)可(ke)靠性跟(gen)(gen)時延(yan)性沒法保(bao)障，情況多樣性復雜性招致(zhi)信(xin)息獲得有限(xian)，雜手動遙操縱招致(zhi)節(jie)制(zhi)可(ke)靠性降(jiang)低，復雜性增長。以(yi)是(shi)，研(yan)討(tao)跟(gen)(gen)計(ji)劃面向特(te)定使命特(te)有情況下的(de)監控式移動機(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)是(shi)一種較為理想(xiang)跟(gen)(gen)可(ke)行的(de)做(zuo)法。
監(jian)(jian)督控制(zhi)(zhi)最早由Ferrell跟(gen)Sheridan于(yu)1967年正在美(mei)國月球車籌劃中(zhong)明確(que)提出。Sheridan關于(yu)監(jian)(jian)督控制(zhi)(zhi)的界說(shuo)為：一個或多個操作(zuo)員中(zhong)斷(duan)編程且(qie)時(shi)(shi)斷(duan)時(shi)(shi)續天從計(ji)算(suan)機(ji)吸收信息，計(ji)算(suan)機(ji)應用傳感器跟(gen)驅動器節(jie)制(zhi)(zhi)歷程或使(shi)命情(qing)況(kuang)，擔任閉環回路。監(jian)(jian)督控制(zhi)(zhi)兩(liang)個緊張天表現方法(fa)是同享節(jie)制(zhi)(zhi)跟(gen)交互(hu)式(shi)節(jie)制(zhi)(zhi)。交互(hu)式(shi)節(jie)制(zhi)(zhi)界說(shuo)為：操作(zuo)員先履(lv)行一部分(fen)事情(qing)，然后讓機(ji)器人(ren)自立(li)天履(lv)行另一部分(fen)事情(qing)；同享節(jie)制(zhi)(zhi)界說(shuo)為：操作(zuo)員處(chu)于(yu)遙操縱形態，機(ji)器人(ren)處(chu)于(yu)自立(li)形態，兩(liang)者同時(shi)(shi)履(lv)行使(shi)命。Sheridan曾羅(luo)列了計(ji)算(suan)機(ji)跟(gen)人(ren)的4種彼此(ci)關聯(lian)：延(yan)長、分(fen)管、備份、取代。人(ren)工控制(zhi)(zhi)，監(jian)(jian)督控制(zhi)(zhi)跟(gen)自立(li)節(jie)制(zhi)(zhi)體系(xi)結構上的區別跟(gen)接洽，如(ru)圖1：
3．體系組成
田(tian)野探(tan)查機器(qi)人的用途決意這個機器(qi)人的布局必需簡略(lve)，靠得住(zhu)，具有可替代跟易(yi)進級(ji)的尺度，使其富有生命力。
自動分揀機器人優勢3.1硬件組成
該機(ji)器(qi)人利用履(lv)帶—腿復合挪動(dong)(dong)機(ji)構，復合型挪動(dong)(dong)機(ji)構次要是為(wei)移動(dong)(dong)機(ji)器(qi)人正(zheng)在非布(bu)局情況中使用而研討的(de)(de)，目(mu)標是進步其非布(bu)局情況中的(de)(de)經由過程才能(neng)。名目(mu)稱之為(wei)“山羊號”機(ji)器(qi)人，見圖(tu)2：
焦點(dian)主控制(zhi)器(qi)利用了瑞士數(shu)(shu)字(zi)邏(luo)輯公司供給的(de)PC104。作(zuo)為(wei)一(yi)種比力(li)新(xin)型跟(gen)壯大(da)(da)的(de)總線情(qing)勢(shi)跟(gen)公用節制(zhi)設備(bei)，PC104采取(qu)了尺度的(de)積木式硬(ying)件布局(ju)，簡單(dan)擴展功用跟(gen)端口；存(cun)在(zai)壯大(da)(da)的(de)運算才能，使機(ji)器(qi)人存(cun)在(zai)處理(li)速(su)度快(kuai)才能強(qiang)的(de)特色；存(cun)在(zai)優(you)越的(de)耐熱、耐寒、防潮、抗震機(ji)能，順應(ying)卑劣的(de)田(tian)野前提。控制(zhi)臺(tai)(tai)體系采取(qu)了與PLC近(jin)似(si)的(de)德(de)國WOGO工(gong)業MODBUS適配(pei)(pei)器(qi)作(zuo)為(wei)節制(zhi)焦點(dian)，上(shang)位機(ji)下位機(ji)之間的(de)通信(xin)遵守了MODBUS和(he)談經由過程無(wu)線數(shu)(shu)傳電(dian)臺(tai)(tai)實現。WOGO工(gong)業MODBUS適配(pei)(pei)器(qi)模塊化的(de)軟件設計(ji)，不變靠(kao)得(de)住(zhu)，非常適合于(yu)機(ji)器(qi)人控制(zhi)臺(tai)(tai)數(shu)(shu)據(ju)收羅跟(gen)數(shu)(shu)據(ju)顯現等使用。
機(ji)器人運動(dong)(dong)(dong)控(kong)(kong)制系(xi)(xi)統(tong)是機(ji)器人節制各軸機(ji)電(dian)(dian)實現遙操(cao)縱的焦點(dian)。本體系(xi)(xi)采取了DeltaTau公司(si)供給的PC104接口的PMAC2型運動(dong)(dong)(dong)控(kong)(kong)制卡(ka)，可(ke)(ke)以(yi)同時節制四(si)個(ge)機(ji)電(dian)(dian)，實現四(si)軸聯(lian)動(dong)(dong)(dong)。可(ke)(ke)以(yi)實現：履行運動(dong)(dong)(dong)順(shun)序(xu)、停止伺服環更新、機(ji)電(dian)(dian)的換(huan)相更新、軟(ruan)硬件平安(an)資源管(guan)理、與主機(ji)通訊、使命優先級組織(zhi)等等功用。是一塊極為(wei)壯大的運動(dong)(dong)(dong)控(kong)(kong)制卡(ka)。無(wu)(wu)線(xian)數(shu)據(ju)(ju)通訊體系(xi)(xi)采取美國MDS無(wu)(wu)線(xian)數(shu)傳電(dian)(dian)臺，存在尺度RS232通信心，采取無(wu)(wu)線(xian)擴頻技巧，利用220M頻段，次要(yao)用于近程無(wu)(wu)線(xian)點(dian)對點(dian)或多點(dian)間無(wu)(wu)線(xian)數(shu)據(ju)(ju)通訊傳輸速度可(ke)(ke)以(yi)達15.2Kbps，利用2db天(tian)線(xian)室內通信距(ju)離可(ke)(ke)以(yi)到達300米(mi)。
機(ji)器人(ren)窺察體系采(cai)取SURF系列無(wu)線(xian)(xian)圖(tu)象(xiang)發(fa)射/接管體系，由兩個(ge)攝(she)像頭及一套無(wu)線(xian)(xian)圖(tu)象(xiang)發(fa)射/接管體系組成，兩個(ge)攝(she)像頭離別裝(zhuang)置(zhi)正在機(ji)器人(ren)本(ben)體的前端(duan)跟本(ben)體上端(duan)。經由過程前往近(jin)(jin)程圖(tu)象(xiang)實現對非布局情況下的近(jin)(jin)程監控(kong)。機(ji)器人(ren)內部(bu)結構如(ru)圖(tu)3：
3.2軟件組成
山羊號(hao)的(de)軟(ruan)件(jian)系統分(fen)為五(wu)個(ge)部門：機(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)底層(ceng)舉措級(ji)節(jie)(jie)(jie)制(zhi)(zhi)(zhi)模塊；上位(wei)機(ji)(ji)(ji)的(de)研討職員(yuan)的(de)操縱情(qing)況和(he)(he)人(ren)機(ji)(ji)(ji)交互(hu)界面；上位(wei)機(ji)(ji)(ji)和(he)(he)機(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)的(de)通(tong)信機(ji)(ji)(ji)制(zhi)(zhi)(zhi)和(he)(he)指令(ling)數據收發機(ji)(ji)(ji)制(zhi)(zhi)(zhi)；機(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)上的(de)視覺(jue)收羅傳輸模塊；上位(wei)機(ji)(ji)(ji)和(he)(he)下位(wei)機(ji)(ji)(ji)的(de)人(ren)工干預跟(gen)切換節(jie)(jie)(jie)制(zhi)(zhi)(zhi)機(ji)(ji)(ji)制(zhi)(zhi)(zhi)模塊。機(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)底層(ceng)舉措級(ji)別(bie)的(de)節(jie)(jie)(jie)制(zhi)(zhi)(zhi)由DeltaTau的(de)運動控制(zhi)(zhi)(zhi)卡實現，它可以同時對四個(ge)機(ji)(ji)(ji)電停(ting)止(zhi)節(jie)(jie)(jie)制(zhi)(zhi)(zhi)，實現行走(zou)、擺臂、轉彎、翻身、支起等根本舉措跟(gen)一(yi)系列舉措組(zu)合。
中國快遞分揀機器人驚呆人機交互模塊基于windows編程，經由過程WOGO的(de)MODBUS適配器(qi)前往機器(qi)人形態，而且(qie)顯現機器(qi)人攝像頭收羅到的(de)圖象。操縱職員可以正在(zai)已有(you)(you)的(de)機器(qi)人舉措(cuo)級別指令跟使(shi)(shi)命順序(xu)的(de)根底上(shang)，增添新(xin)的(de)使(shi)(shi)命順序(xu)或許點(dian)竄現有(you)(you)指令順序(xu)。
由于山羊號的(de)本體操作(zuo)系(xi)統(tong)是(shi)嵌(qian)入式及時多任務體系(xi)QNX，它能(neng)夠會同時停止或許(xu)實(shi)現(xian)多任務，是(shi)以調和(he)的(de)通信便很(hen)緊(jin)張。此中(zhong)包羅：
上(shang)位機(ji)和下(xia)位機(ji)的(de)無線(xian)通訊(xun)，包羅形態數據反應跟控(kong)制指令的(de)下(xia)達。
主控制(zhi)器PC104跟(gen)運動(dong)控制(zhi)卡(ka)間應(ying)用串口停止的(de)通(tong)信(xin)，監視(shi)使命的(de)實現(xian)跟(gen)舉措(cuo)的(de)平(ping)安精(jing)確。
QNX供給(gei)的多任務才能時各(ge)個使命間的通(tong)信。
上位機(ji)和下位機(ji)的(de)(de)(de)(de)人(ren)(ren)(ren)(ren)工干預跟(gen)切換(huan)節(jie)(jie)制(zhi)(zhi)機(ji)制(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)實(shi)現(xian)(xian)方法次要有兩(liang)種(zhong)。一(yi)是操(cao)(cao)作員間接接受機(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)的(de)(de)(de)(de)節(jie)(jie)制(zhi)(zhi)，經由(you)過程上位機(ji)操(cao)(cao)縱桿節(jie)(jie)制(zhi)(zhi)機(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)舉措，而且由(you)人(ren)(ren)(ren)(ren)實(shi)現(xian)(xian)使命(ming)計劃，此時機(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)近似人(ren)(ren)(ren)(ren)工控(kong)制(zhi)(zhi)；二(er)是操(cao)(cao)作員監視機(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)的(de)(de)(de)(de)使命(ming)履行(xing)，而且由(you)便人(ren)(ren)(ren)(ren)或許機(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)自動(dong)提(ti)議中(zhong)斷使命(ming)跟(gen)代(dai)替的(de)(de)(de)(de)指(zhi)令，以保障(zhang)使命(ming)的(de)(de)(de)(de)畸形履行(xing)跟(gen)機(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)的(de)(de)(de)(de)平安(an)。那內里實(shi)現(xian)(xian)了監督(du)控(kong)制(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)思惟。
監視式(shi)移(yi)動(dong)機器人控(kong)制(zhi)器次要實現的功用有(you)：
外(wai)界情況(kuang)信息、傳感器(qi)、處理(li)器(qi)跟舉措執(zhi)行機構(gou)造成閉(bi)環，實現機器(qi)人部分自(zi)立才(cai)能(neng)的底層節制環；
吸收、響應操作員指令，實(shi)現人工干預跟替代機(ji)制(zhi)(zhi)，造成(cheng)人機(ji)節制(zhi)(zhi)閉環。是以，山羊號監(jian)控(kong)體(ti)系次要(yao)分紅兩(liang)個(ge)子系統，它的(de)層次模型如圖4，對應監(jian)督(du)控(kong)制(zhi)(zhi)的(de)界(jie)說，明顯它是一個(ge)監(jian)控(kong)式(shi)機(ji)器人控(kong)制(zhi)(zhi)器。
山羊號機器人(ren)控制器的使命履行跟節制流程以下：
垃圾分揀機器人單機械臂操(cao)作(zuo)者擬(ni)出使(shi)命(ming)計劃，并天生機(ji)器人可(ke)實現跟(gen)可(ke)以接管的(de)一個(ge)舉(ju)措序(xu)列的(de)機(ji)器人語言指(zhi)令；
將指令(ling)傳(chuan)到(dao)機器(qi)人本體，由(you)機器(qi)人控(kong)制器(qi)接收并實現；
若是(shi)使命計劃曾(ceng)經參加知識庫(ku)中，操作者調出對應使命代號并監督(du)機器人實現；
關于曾經(jing)參(can)加知識庫的使命，機器(qi)人(ren)正在傳感器(qi)信息的撐持(chi)下自立實(shi)現，操作(zuo)者(zhe)僅作(zuo)為監督者(zhe)；
正(zheng)在任何形態跟(gen)節制方法(fa)下，操作者經由過程前往信息發現異常環境(jing)，均可以干(gan)涉干(gan)與或許(xu)急迫(po)中斷使(shi)命，將后面(mian)使(shi)命指令作廢，完整轉(zhuan)入手動節制；
給機器(qi)(qi)人(ren)本體參加自立中(zhong)斷形式，正在使(shi)(shi)命(ming)(ming)履行(xing)進程中(zhong)，若(ruo)是(shi)因為延時或(huo)許毛病等緣故原由(you)形成(cheng)信息(xi)沒法實時反應(ying)，機器(qi)(qi)人(ren)由(you)傳感器(qi)(qi)信息(xi)斷定(ding)若(ruo)是(shi)環(huan)境(jing)危及機器(qi)(qi)人(ren)平安(an)或(huo)許使(shi)(shi)命(ming)(ming)序列沒法繼(ji)續執(zhi)行(xing)，將(jiang)中(zhong)斷使(shi)(shi)命(ming)(ming)守候(hou)人(ren)工(gong)停止使(shi)(shi)命(ming)(ming)的規復或(huo)許勾(gou)銷(xiao)。
自動化分揀機器人原理4．實現環境
此刻該機(ji)(ji)器人曾(ceng)經可以(yi)實現高(gao)低尺度人行(xing)樓梯(ti)、跨溝(gou)、翻(fan)倒自動復(fu)位、高(gao)低高(gao)臺(tai)、正在沙地行(xing)走等功用。人機(ji)(ji)存(cun)在了較好的協(xie)調性跟控制(zhi)性。如上圖(tu)2可以(yi)看到(dao)其(qi)對應的某些行(xing)為(wei)能力。
5．論斷
監(jian)(jian)視(shi)式(shi)控制器(qi)(qi)正(zheng)在(zai)田野移(yi)動機(ji)器(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)的(de)(de)(de)節制上有(you)著優越的(de)(de)(de)適應性(xing)(xing)，操(cao)作(zuo)者(zhe)(zhe)可(ke)以經(jing)由(you)過程監(jian)(jian)視(shi)器(qi)(qi)跟形態反應窺察(cha)使命(ming)履行(xing)，大(da)大(da)加重了操(cao)作(zuo)者(zhe)(zhe)的(de)(de)(de)事情(qing)壓力跟妙技要求(qiu)；機(ji)器(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)存(cun)在(zai)必然(ran)的(de)(de)(de)自立才(cai)能，而且(qie)正(zheng)在(zai)監(jian)(jian)控層次模型下，可(ke)以進(jin)一(yi)步(bu)開(kai)辟(pi)機(ji)器(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)的(de)(de)(de)自立才(cai)能，很簡(jian)單停止體系的(de)(de)(de)進(jin)級(ji)，也(ye)可(ke)以作(zuo)為(wei)機(ji)器(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)自立節制的(de)(de)(de)研(yan)討平臺；人(ren)(ren)(ren)、機(ji)離(li)別可(ke)操(cao)縱(zong)的(de)(de)(de)急迫(po)形式(shi)，正(zheng)在(zai)遠距(ju)節制中(zhong)，關于旌旗(qi)燈(deng)號耽擱、非布局情(qing)況的(de)(de)(de)沒有(you)肯定、機(ji)器(qi)(qi)跟電子毛病等(deng)環(huan)境惹起的(de)(de)(de)機(ji)器(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)安全性(xing)(xing)問題(ti)，有(you)了一(yi)個比力穩(wen)當跟可(ke)行(xing)的(de)(de)(de)計(ji)劃。正(zheng)在(zai)后續(xu)的(de)(de)(de)研(yan)討中(zhong)，將(jiang)會進(jin)一(yi)步(bu)拆卸各種(zhong)傳感器(qi)(qi)，進(jin)步(bu)機(ji)器(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)的(de)(de)(de)自立才(cai)能，參加機(ji)器(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)在(zai)線學習更新(xin)知識庫的(de)(de)(de)才(cai)能，改善操(cao)作(zuo)者(zhe)(zhe)界面使其加倍人(ren)(ren)(ren)性(xing)(xing)化(hua)等(deng)，使得山羊(yang)號既能成為(wei)一(yi)個開(kai)辟(pi)研(yan)討平臺，同時也(ye)能成為(wei)一(yi)個實際靠得住可(ke)用的(de)(de)(de)產物。
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