機械手-兩足行走機器人

機械手-兩足行走機器人,機械手,行走,機器人 南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(論文)外文資料翻譯 系　　部： 機械工程系 專 業(yè)： 機械工程及自動化 姓 名： 黃 俊 學(xué) 號： 05010213 外文出處：Luis Alexander，Alexander Mota， Pedro Fonseca 附 件：1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。 指導(dǎo)教師評語： 譯文正確地表達了原文的意義、概念描述符合漢語的習(xí)慣，語句通暢，層次很清晰。 簽名： 年 月 日 注：請將該封面與附件裝訂成冊。 附件1：外文資料翻譯譯文 比較控制策略的自主線追蹤機器人 摘要 自主移動機器人是一個非常激動人心的領(lǐng)域，特別是對那些參加電子產(chǎn)品課程的學(xué)生。作者和阿維羅大學(xué)的學(xué)生參與了一些在這一領(lǐng)域的活動。特別是，其中一個此類活動是發(fā)明了能夠沿著畫在地板上直線運動的機器人。為了達到這一效果，一個模擬器已經(jīng)實施并多次測試了對機器人不同控制方法的影響。 本文對基于MATLAB的機器人模型和線追蹤模擬器進行了一個簡短的描述。然后在導(dǎo)致絕對誤差（IAE）和積分誤差平方（ISE），易微調(diào)和各自代碼復(fù)雜性方面比較了幾種不同的控制方法。比較的方法:成正比、比例微分、比例積分導(dǎo)數(shù)、模糊、表為基礎(chǔ)的模糊，自我組織唱模糊和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆模型基礎(chǔ)。 1導(dǎo)言 研發(fā)自主機器人是一個跨學(xué)科的活動，因此有很大的教育價值。與此事實上，考慮到作者一直支持阿維羅大學(xué)學(xué)生小組參加每年一度在法國舉辦的盛事，在法國，除了其他的任務(wù)，自主移動機器人必須沿著一條線運動。為了更好地理解的線追蹤機器人的行為，為了顯示學(xué)生們在發(fā)明機器人時來自物理、幾何、電子、儀表和控制集成方面綜合的科學(xué)理念，作者建立了一個沿線分布機器人的分析模型。該模型考慮到一些現(xiàn)實世界的限制，允許預(yù)測以電動機電壓為基礎(chǔ)的移動機器人的運動。 另外，作者所描述的幾何形狀線追蹤過程被用來建立一個模擬器。這決定了某一機器人的確定路徑以及該路徑和參考路徑之間的關(guān)系。 該模擬器是一種寶貴的工具，在之前研發(fā)機器人是能夠比較不同的控制方法以及不同的傳感器布局。這樣在實際制造過程中可以更好地決定機器人有關(guān)的物理性質(zhì)。 下一節(jié)本文將對機器人模型和模擬器進行一個簡短的描述，在第3節(jié)是幾種不同控制方法的比較，包括比例、比例微分、比例積分微分，模糊，表為基礎(chǔ)的模糊，模糊自我組織和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆模型基礎(chǔ)。在第4節(jié)中將提到相關(guān)結(jié)論包括一些對正在進行的工作的評論。 2仿真機器人 2.1機器人模型 之前已經(jīng)提到學(xué)生們建造的機器人的活動通常很簡單，見（圖1）。 運動是通過使用兩個獨立的直流電電動機驅(qū)動每一個車輪。差分驅(qū)動器用于控制機器人。一個或兩個額外的連鑄機車輪用來保持機器人的橫向穩(wěn)定。與參考路徑相比較機器人的偏差是通過放置在機器人之前的紅外光探測器測量的。 通常情況下，車輪速度的閉環(huán)控制已經(jīng)不再運用。每個車輪的速度控制間接地采用馬達電壓的。此選項可能會降低性能的跟蹤算法但簡化了最后的調(diào)整。請記住，閉環(huán)速度控制方向盤使用將需要調(diào)整兩個額外的獨立循環(huán)。圖1，基本機器人。 圖1 基本機器人 這些特點已用于計算模型線追蹤機器人（圖2 ）。為了進一步提高準確性，該模型在慣性（質(zhì)量（M） 和轉(zhuǎn)動慣量（ j ），摩擦系數(shù)（平移（By）和旋轉(zhuǎn)（B）運動），電動馬達參數(shù)（電阻（ R ）和 電機常數(shù)（Km）），額外的噪聲（在傳感器中讀?。┖蜋C器人的物理限制，如線傳感器（5'）的長度和可用于電機（VMAX）最大電壓。該模型［l］描述并且計算電壓應(yīng)用電動機為基礎(chǔ)的機器人的線性度（v）和角速度（0)。 2.2線追蹤模擬器 上文已經(jīng)提到機器人模型與幾何分析線追蹤問題是相輔相成的。這個問題屬于一般路徑跟蹤問題在眾多文獻[2]中已經(jīng)被解決。特別是，本文呈現(xiàn)的該模擬器用被動的方式來跟蹤未知的線的方法與之前計劃的跟蹤路徑相反。因此，這是事先得知。 圖2 機器人模型 幾何分析還表明，可根據(jù)目前的偏差、車輪速度和機器人相對于線的角度位置來計算出未來偏離線（e）。該機器人是用來作為參考。然而，為了更好地界定參考軌跡和想象的機器人軌跡，另一種模式是建立在該機器人的位置基礎(chǔ)上而做出一個絕對的參考。 在這幾何模型基中，機器人偏離線（e）可根據(jù)機器人絕對位置和車輪的速度來計算。知道機器人的位置（坐標X,Y,Z）是有可能計算相交的傳感器陣列與線（ Xey ,Ye ），然后可以計算出偏差e（圖3 ）。由此可以得出機器人位移的軌跡e是非線性的。 圖3 線追蹤幾何模型 在一個無限小的時間間隔來計算機器人位移。如果這個區(qū)間保持足夠小則是不相關(guān)的，如果直線運動是分開考慮的,那角運動和其中那些是要首先考慮的。在實驗進行時，這樣的一個區(qū)間里軌跡點以每5毫米計算是小到足以獲得同樣的軌跡，不管是角或直線運動都會被首先考慮。 幾何模型可以參考線組成的直線段和圓弧的周長一個接一個加入。雖然它似乎有限制，它允許創(chuàng)建幾乎任何種類的軌跡順利通過使用不同的圓弧半徑。圖2 為該機器人模型。 2.3參考路徑 該模擬是在由直線段與弧線交錯的圍成的弧形90°或 180°孔一起插入紙的直片段所組成的參考路徑。這種路徑在圖4中所描述，總長度約30米。 圖4 參考路徑 2.4機器人參數(shù) 在5月的這一年，阿維羅大學(xué)以本文模擬為基礎(chǔ)的機器人為代表參加在法國堡貝爾納的1996年的國際移動機器人錦標賽。 根據(jù)[1,3]的詳細資料，下面的參數(shù)為： 重量M = 3.2公斤 轉(zhuǎn)動慣量J = 0.7 千克.米2 馬達最大可用電壓 = 11.5伏特 電機參數(shù)（R= 7 歐姆和Km= 0.86 N/ A ） 車輪直徑Rw= 0.03米 車輪之間的距離 b = 0.27米 線性運動摩擦系數(shù) By=40kg/s 角運動摩擦系數(shù) Bw = 0.25 Kg.㎡/s 類型傳感器陣列-線性與飽和 寬度傳感器陣列 S=18米 3比較控制策略 可以圖２看出，機器人模型有兩個投入，V和Vdif是平均和差別電壓適用于驅(qū)動電動機。然而，只有一個錯誤的信號是偏差的機器人將通過傳感器經(jīng)參考路徑傳送。如果機器人總是向前推進，可以看出，任何控制方法，將減少使機器人回到參考路徑。 由于差動電壓是一個確定的角運動的機器人的，讓它改變方向，使之收斂的路線，一個簡單的可能性是使用電子郵件直接控制Vdif在這種情況下，因為最終目的是為實現(xiàn)最高速度的參考路徑，平均電壓V，可以設(shè)置為最大值。然而，實際的電壓適用于馬達的驅(qū)動器是有限的。反映了修正到平均收益率差電壓變風(fēng)量和Vdif,這將真正提供給機器人模型。 此外，產(chǎn)出的傳感器功能被損壞和加性噪聲。這噪聲允許這些缺陷影響線路或地板，電器干擾傳感器的讀數(shù)和有限精度。為了便于比較，噪音載體，保持同對所有運行從開始到終結(jié)點。 控制是數(shù)字化，采樣周期為100毫秒。 完整的控制系統(tǒng)圖5。那個參考輸入的路徑進行跟蹤。錯誤信號是偏差宣讀的傳感器陣列。 圖5 完整的控制系統(tǒng) 在這種簡單的模式控制功能可書面表達。 在非?？斓臋C器人中，有興趣的也可以使用Vav作為一個電子商務(wù)功能。例如，這可以用來減慢機器人，同時描述了曲線和加快沿直線部分。然而，機器人通常都建不是非?？?，運行不到0.5個D語。因此，在本文其余的簡單的辦法在（ 1 ）中將被用于。 要比較性能的每一個控制方法兩項主要措施已使用的整體絕對誤差（IAE）和積分誤差平方（ISE） ，綜合沿著充分參考路徑。其他兩個措施也被使用時，機器人將達到最大絕對誤差（EMax）和平均時速。 3.1比例控制 最簡單的形式的控制是使用比例Vdif,=Kp * e控制功能產(chǎn)生。雖然簡單，這種方法提出了幾個問題。 正如這一點最大價值為Kp的是很難找到（需要許多判斷）特別是在非線性系統(tǒng)。另外，它能夠提供的相對較少最佳的性能，因為它無法彌補的滯后所造成的機器人慣性。為充分參考路徑圖4,使用比例控制Kp= 200 ，造成偏差情節(jié)描述見圖6。注意典型的振蕩起因于與簡單的比例的方法一起獲得比較差的控制。 圖6 使用Kp=200控制比例 附件2：外文原文