1．引言
戰(zhàn)斗是人們所沒有違心見到的，但有時(shí)是不可避免的。為了正在戰(zhàn)斗中取得劣勢(shì)，盡量的削減人員傷亡跟經(jīng)濟(jì)損失，世界上許多國(guó)度皆投入大批的人力、財(cái)力研討制造軍用機(jī)器人。海洋微小型探查機(jī)器人是軍用機(jī)器人的一種。它存在體積小，布局簡(jiǎn)略，本錢昂貴，研討周期短，易實(shí)現(xiàn)“群”進(jìn)擊等特色。正在真實(shí)戰(zhàn)斗中不容易被察覺，簡(jiǎn)單接近方針，可以取得大批真實(shí)靠得住跟實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)。以是正在現(xiàn)階段間接的戰(zhàn)役型機(jī)器人借不突破性希望的時(shí)間，探查機(jī)器人成為軍用機(jī)器人研討的熱點(diǎn)。
本文以中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所正在研制的小型空中探查機(jī)器人“山羊號(hào)”為實(shí)驗(yàn)根底，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的監(jiān)視式控制器的計(jì)劃，并正在這個(gè)機(jī)器人平臺(tái)上驗(yàn)證了監(jiān)視式節(jié)制的方法的實(shí)際可行性跟優(yōu)越性。
2．監(jiān)視式節(jié)制與其他節(jié)制方法的比力
挪動(dòng)控制器的計(jì)劃是微小型探查機(jī)器人的一個(gè)研討重點(diǎn)。開展古代機(jī)器人控制系統(tǒng)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)評(píng)釋，正在現(xiàn)有的實(shí)際跟技術(shù)水平下，研討具有高度智能的齊自立機(jī)器人的技巧前提還遠(yuǎn)未成熟；關(guān)于田野機(jī)器人來講，因?yàn)橥ㄐ趴煽啃愿鷷r(shí)延性沒法保障，情況多樣性復(fù)雜性招致信息獲得有限，雜手動(dòng)遙操縱招致節(jié)制可靠性降低，復(fù)雜性增長(zhǎng)。以是，研討跟計(jì)劃面向特定使命特有情況下的監(jiān)控式移動(dòng)機(jī)器人是一種較為理想跟可行的做法。
監(jiān)督控制最早由Ferrell跟Sheridan于1967年正在美國(guó)月球車籌劃中明確提出。Sheridan關(guān)于監(jiān)督控制的界說為：一個(gè)或多個(gè)操作員中斷編程且時(shí)斷時(shí)續(xù)天從計(jì)算機(jī)吸收信息，計(jì)算機(jī)應(yīng)用傳感器跟驅(qū)動(dòng)器節(jié)制歷程或使命情況，擔(dān)任閉環(huán)回路。監(jiān)督控制兩個(gè)緊張?zhí)毂憩F(xiàn)方法是同享節(jié)制跟交互式節(jié)制。交互式節(jié)制界說為：操作員先履行一部分事情，然后讓機(jī)器人自立天履行另一部分事情；同享節(jié)制界說為：操作員處于遙操縱形態(tài)，機(jī)器人處于自立形態(tài)，兩者同時(shí)履行使命。Sheridan曾羅列了計(jì)算機(jī)跟人的4種彼此關(guān)聯(lián)：延長(zhǎng)、分管、備份、取代。人工控制，監(jiān)督控制跟自立節(jié)制體系結(jié)構(gòu)上的區(qū)別跟接洽，如圖1：
3．體系組成
田野探查機(jī)器人的用途決意這個(gè)機(jī)器人的布局必需簡(jiǎn)略，靠得住，具有可替代跟易進(jìn)級(jí)的尺度，使其富有生命力。
自動(dòng)分揀機(jī)器人優(yōu)勢(shì)3.1硬件組成
該機(jī)器人利用履帶—腿復(fù)合挪動(dòng)機(jī)構(gòu)，復(fù)合型挪動(dòng)機(jī)構(gòu)次要是為移動(dòng)機(jī)器人正在非布局情況中使用而研討的，目標(biāo)是進(jìn)步其非布局情況中的經(jīng)由過程才能。名目稱之為“山羊號(hào)”機(jī)器人，見圖2：
焦點(diǎn)主控制器利用了瑞士數(shù)字邏輯公司供給的PC104。作為一種比力新型跟壯大的總線情勢(shì)跟公用節(jié)制設(shè)備，PC104采取了尺度的積木式硬件布局，簡(jiǎn)單擴(kuò)展功用跟端口；存在壯大的運(yùn)算才能，使機(jī)器人存在處理速度快才能強(qiáng)的特色；存在優(yōu)越的耐熱、耐寒、防潮、抗震機(jī)能，順應(yīng)卑劣的田野前提?？刂婆_(tái)體系采取了與PLC近似的德國(guó)WOGO工業(yè)MODBUS適配器作為節(jié)制焦點(diǎn)，上位機(jī)下位機(jī)之間的通信遵守了MODBUS和談經(jīng)由過程無線數(shù)傳電臺(tái)實(shí)現(xiàn)。WOGO工業(yè)MODBUS適配器模塊化的軟件設(shè)計(jì)，不變靠得住，非常適合于機(jī)器人控制臺(tái)數(shù)據(jù)收羅跟數(shù)據(jù)顯現(xiàn)等使用。
機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是機(jī)器人節(jié)制各軸機(jī)電實(shí)現(xiàn)遙操縱的焦點(diǎn)。本體系采取了DeltaTau公司供給的PC104接口的PMAC2型運(yùn)動(dòng)控制卡，可以同時(shí)節(jié)制四個(gè)機(jī)電，實(shí)現(xiàn)四軸聯(lián)動(dòng)?？梢詫?shí)現(xiàn)：履行運(yùn)動(dòng)順序、停止伺服環(huán)更新、機(jī)電的換相更新、軟硬件平安資源管理、與主機(jī)通訊、使命優(yōu)先級(jí)組織等等功用。是一塊極為壯大的運(yùn)動(dòng)控制卡。無線數(shù)據(jù)通訊體系采取美國(guó)MDS無線數(shù)傳電臺(tái)，存在尺度RS232通信心，采取無線擴(kuò)頻技巧，利用220M頻段，次要用于近程無線點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或多點(diǎn)間無線數(shù)據(jù)通訊傳輸速度可以達(dá)15.2Kbps，利用2db天線室內(nèi)通信距離可以到達(dá)300米。
機(jī)器人窺察體系采取SURF系列無線圖象發(fā)射/接管體系，由兩個(gè)攝像頭及一套無線圖象發(fā)射/接管體系組成，兩個(gè)攝像頭離別裝置正在機(jī)器人本體的前端跟本體上端。經(jīng)由過程前往近程圖象實(shí)現(xiàn)對(duì)非布局情況下的近程監(jiān)控。機(jī)器人內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3：
3.2軟件組成
山羊號(hào)的軟件系統(tǒng)分為五個(gè)部門：機(jī)器人底層舉措級(jí)節(jié)制模塊；上位機(jī)的研討職員的操縱情況和人機(jī)交互界面；上位機(jī)和機(jī)器人的通信機(jī)制和指令數(shù)據(jù)收發(fā)機(jī)制；機(jī)器人上的視覺收羅傳輸模塊；上位機(jī)和下位機(jī)的人工干預(yù)跟切換節(jié)制機(jī)制模塊。機(jī)器人底層舉措級(jí)別的節(jié)制由DeltaTau的運(yùn)動(dòng)控制卡實(shí)現(xiàn)，它可以同時(shí)對(duì)四個(gè)機(jī)電停止節(jié)制，實(shí)現(xiàn)行走、擺臂、轉(zhuǎn)彎、翻身、支起等根本舉措跟一系列舉措組合。
中國(guó)快遞分揀機(jī)器人驚呆人機(jī)交互模塊基于windows編程，經(jīng)由過程WOGO的MODBUS適配器前往機(jī)器人形態(tài)，而且顯現(xiàn)機(jī)器人攝像頭收羅到的圖象。操縱職員可以正在已有的機(jī)器人舉措級(jí)別指令跟使命順序的根底上，增添新的使命順序或許點(diǎn)竄現(xiàn)有指令順序。
由于山羊號(hào)的本體操作系統(tǒng)是嵌入式及時(shí)多任務(wù)體系QNX，它能夠會(huì)同時(shí)停止或許實(shí)現(xiàn)多任務(wù)，是以調(diào)和的通信便很緊張。此中包羅：
上位機(jī)和下位機(jī)的無線通訊，包羅形態(tài)數(shù)據(jù)反應(yīng)跟控制指令的下達(dá)。
主控制器PC104跟運(yùn)動(dòng)控制卡間應(yīng)用串口停止的通信，監(jiān)視使命的實(shí)現(xiàn)跟舉措的平安精確。
QNX供給的多任務(wù)才能時(shí)各個(gè)使命間的通信。
上位機(jī)和下位機(jī)的人工干預(yù)跟切換節(jié)制機(jī)制的實(shí)現(xiàn)方法次要有兩種。一是操作員間接接受機(jī)器人的節(jié)制，經(jīng)由過程上位機(jī)操縱桿節(jié)制機(jī)器人舉措，而且由人實(shí)現(xiàn)使命計(jì)劃，此時(shí)機(jī)器人近似人工控制；二是操作員監(jiān)視機(jī)器人的使命履行，而且由便人或許機(jī)器人自動(dòng)提議中斷使命跟代替的指令，以保障使命的畸形履行跟機(jī)器人的平安。那內(nèi)里實(shí)現(xiàn)了監(jiān)督控制的思惟。
監(jiān)視式移動(dòng)機(jī)器人控制器次要實(shí)現(xiàn)的功用有：
外界情況信息、傳感器、處理器跟舉措執(zhí)行機(jī)構(gòu)造成閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人部分自立才能的底層節(jié)制環(huán)；
吸收、響應(yīng)操作員指令，實(shí)現(xiàn)人工干預(yù)跟替代機(jī)制，造成人機(jī)節(jié)制閉環(huán)。是以，山羊號(hào)監(jiān)控體系次要分紅兩個(gè)子系統(tǒng)，它的層次模型如圖4，對(duì)應(yīng)監(jiān)督控制的界說，明顯它是一個(gè)監(jiān)控式機(jī)器人控制器。
山羊號(hào)機(jī)器人控制器的使命履行跟節(jié)制流程以下：
垃圾分揀機(jī)器人單機(jī)械臂操作者擬出使命計(jì)劃，并天生機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)跟可以接管的一個(gè)舉措序列的機(jī)器人語(yǔ)言指令；
將指令傳到機(jī)器人本體，由機(jī)器人控制器接收并實(shí)現(xiàn)；
若是使命計(jì)劃曾經(jīng)參加知識(shí)庫(kù)中，操作者調(diào)出對(duì)應(yīng)使命代號(hào)并監(jiān)督機(jī)器人實(shí)現(xiàn)；
關(guān)于曾經(jīng)參加知識(shí)庫(kù)的使命，機(jī)器人正在傳感器信息的撐持下自立實(shí)現(xiàn)，操作者僅作為監(jiān)督者；
正在任何形態(tài)跟節(jié)制方法下，操作者經(jīng)由過程前往信息發(fā)現(xiàn)異常環(huán)境，均可以干涉干與或許急迫中斷使命，將后面使命指令作廢，完整轉(zhuǎn)入手動(dòng)節(jié)制；
給機(jī)器人本體參加自立中斷形式，正在使命履行進(jìn)程中，若是因?yàn)檠訒r(shí)或許毛病等緣故原由形成信息沒法實(shí)時(shí)反應(yīng)，機(jī)器人由傳感器信息斷定若是環(huán)境危及機(jī)器人平安或許使命序列沒法繼續(xù)執(zhí)行，將中斷使命守候人工停止使命的規(guī)復(fù)或許勾銷。
自動(dòng)化分揀機(jī)器人原理4．實(shí)現(xiàn)環(huán)境
此刻該機(jī)器人曾經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)高低尺度人行樓梯、跨溝、翻倒自動(dòng)復(fù)位、高低高臺(tái)、正在沙地行走等功用。人機(jī)存在了較好的協(xié)調(diào)性跟控制性。如上圖2可以看到其對(duì)應(yīng)的某些行為能力。
5．論斷
監(jiān)視式控制器正在田野移動(dòng)機(jī)器人的節(jié)制上有著優(yōu)越的適應(yīng)性，操作者可以經(jīng)由過程監(jiān)視器跟形態(tài)反應(yīng)窺察使命履行，大大加重了操作者的事情壓力跟妙技要求；機(jī)器人存在必然的自立才能，而且正在監(jiān)控層次模型下，可以進(jìn)一步開辟機(jī)器人的自立才能，很簡(jiǎn)單停止體系的進(jìn)級(jí)，也可以作為機(jī)器人自立節(jié)制的研討平臺(tái)；人、機(jī)離別可操縱的急迫形式，正在遠(yuǎn)距節(jié)制中，關(guān)于旌旗燈號(hào)耽擱、非布局情況的沒有肯定、機(jī)器跟電子毛病等環(huán)境惹起的機(jī)器人安全性問題，有了一個(gè)比力穩(wěn)當(dāng)跟可行的計(jì)劃。正在后續(xù)的研討中，將會(huì)進(jìn)一步拆卸各種傳感器，進(jìn)步機(jī)器人的自立才能，參加機(jī)器人在線學(xué)習(xí)更新知識(shí)庫(kù)的才能，改善操作者界面使其加倍人性化等，使得山羊號(hào)既能成為一個(gè)開辟研討平臺(tái)，同時(shí)也能成為一個(gè)實(shí)際靠得住可用的產(chǎn)物。
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