機(jī)器人科技論文
隨著科技的進(jìn)步，機(jī)器人性能不斷地完善，它的應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣，學(xué)習(xí)啦小編整理了機(jī)器人科技論文，有興趣的親可以來(lái)閱讀一下!
機(jī)器人科技論文篇一
淺談智能移動(dòng)機(jī)器人
摘 要：隨著科技的進(jìn)步，智能機(jī)器人性能不斷地完善，移動(dòng)機(jī)器人的應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣，廣泛應(yīng)用于軍事、排險(xiǎn)、農(nóng)業(yè)、救援、海洋開(kāi)發(fā)等。介紹了常見(jiàn)智能移動(dòng)機(jī)器人的基本系統(tǒng)組成及其相關(guān)的一些技術(shù)，提出一種能夠應(yīng)用于智能移動(dòng)機(jī)器人的越障機(jī)構(gòu)，并簡(jiǎn)單闡述了其工作原理。在對(duì)智能機(jī)器人有一定了解的基礎(chǔ)上，論述了智能移動(dòng)機(jī)器人的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展動(dòng)向。
關(guān)鍵詞：智能移動(dòng)機(jī)器人 越障 避障 伸展收縮
中圖分類號(hào)：TP242 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-3973(2012)007-049-02
1 引言
上世紀(jì)60年代智能機(jī)器人的出現(xiàn)開(kāi)辟了智能生產(chǎn)自動(dòng)化的新時(shí)代。在工業(yè)機(jī)器人問(wèn)世50多年后的今天，機(jī)器人已被人們看作是不可缺少的一種生產(chǎn)工具。由于傳感器、控制、驅(qū)動(dòng)及材料等領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步開(kāi)辟了機(jī)器人應(yīng)用的新領(lǐng)域。智能移動(dòng)機(jī)器人是機(jī)器人學(xué)中的一個(gè)重要分支。
2 智能移動(dòng)機(jī)器人的基本系統(tǒng)組成及其相關(guān)技術(shù)
由于智能移動(dòng)機(jī)器人在危險(xiǎn)與惡劣環(huán)境以及民用等各方面具有廣闊的應(yīng)用前景，使得世界各國(guó)非常關(guān)注它的發(fā)展。其共同的五大系統(tǒng)組成要素為：(1)機(jī)械機(jī)構(gòu)單元是智能移動(dòng)機(jī)器人的骨架，機(jī)器人所有的模塊都依靠其支撐，機(jī)械機(jī)構(gòu)單元的結(jié)構(gòu)，性能，強(qiáng)度直接影響著整個(gè)機(jī)器人的穩(wěn)定性。隨著科技發(fā)展和新型材料的研制開(kāi)發(fā)，使得智能機(jī)器人產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)性能有了很大提高，機(jī)械機(jī)構(gòu)的各項(xiàng)工藝性及尺寸設(shè)計(jì)都向著更加合理高效，更加輕便美觀，更加環(huán)保節(jié)能，更加安全可靠等方向發(fā)展。(2)動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)單元為智能移動(dòng)機(jī)器人提供動(dòng)力來(lái)源。(3)環(huán)境感知單元相當(dāng)于智能移動(dòng)機(jī)器人的五官，機(jī)器人通過(guò)感知單元對(duì)周圍的環(huán)境進(jìn)行感知識(shí)別及各種參數(shù)的收集，然后通過(guò)轉(zhuǎn)換成控制模塊可以識(shí)別的光電信號(hào)，輸入到控制單元進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。(4)執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元為智能移動(dòng)機(jī)器人執(zhí)行部分，能根據(jù)控制中心的命令執(zhí)行命令，完成任務(wù)。不同的機(jī)器人有著不同的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)影響著對(duì)要執(zhí)行動(dòng)作的效率，精度，穩(wěn)定性，可靠性等。(5)信息處理與控制單元作為整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的核心部分，它如人的大腦一樣，調(diào)控著整個(gè)系統(tǒng)，一切的活動(dòng)都由它指揮。將來(lái)自傳感器部分采集到的信息進(jìn)行集中匯總，存儲(chǔ)，對(duì)所有信息分析，規(guī)劃決策，輸出命令。使機(jī)器人有目的的運(yùn)行。
智能移動(dòng)機(jī)器人是一個(gè)集環(huán)境感知、動(dòng)態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多種功能于一體的綜合機(jī)電系統(tǒng)。它是傳感器技術(shù)，控制技術(shù)，移動(dòng)技術(shù)，信息處理、人工智能、電子工程、計(jì)算機(jī)工程等多學(xué)科的重要研究成果，從某種意義上講是機(jī)器發(fā)展進(jìn)化過(guò)程中的產(chǎn)物，是目前科學(xué)技術(shù)發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一。
3 一種越障機(jī)器人
我們?cè)O(shè)計(jì)的移動(dòng)機(jī)器人(圖1)有很好的機(jī)動(dòng)性能，前導(dǎo)輪、前輪和后輪可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立升降運(yùn)動(dòng)。前導(dǎo)輪(如圖1)由通過(guò)曲柄圓盤的轉(zhuǎn)動(dòng)角度控制搖桿的擺動(dòng)角度，帶動(dòng)相關(guān)的平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)前導(dǎo)向輪的伸展和收縮實(shí)現(xiàn)攀越。機(jī)器人兩側(cè)的側(cè)邊驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為平面連桿-滑塊越障機(jī)構(gòu)，前后輪(如圖1)分別通過(guò)導(dǎo)桿在槽中的移動(dòng)，帶動(dòng)平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)前后輪的伸展和收縮，實(shí)現(xiàn)越障功能。本機(jī)器人通過(guò)尺寸的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)較大的越障高度，通過(guò)合理的控制輪擺動(dòng)的角度還能實(shí)現(xiàn)多種類型障礙物的攀越。
4 智能移動(dòng)機(jī)器人的應(yīng)用概況
隨著科技的進(jìn)步，機(jī)器人的功能不斷完善，智能移動(dòng)機(jī)器人的應(yīng)用范圍也大大拓寬，不僅在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、服務(wù)等行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用，而且在排險(xiǎn)、海洋開(kāi)發(fā)和宇宙探測(cè)領(lǐng)域等有害與危險(xiǎn)場(chǎng)合(如輻射、災(zāi)區(qū)、有毒等)得到很好的應(yīng)用。
4.1 陸地智能移動(dòng)機(jī)器人
20世紀(jì)60年代后期，蘇美為了完成對(duì)宇宙空間的占領(lǐng)，完成月球探測(cè)計(jì)劃，各自研制開(kāi)發(fā)并應(yīng)用了移動(dòng)機(jī)器人，通過(guò)移動(dòng)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)對(duì)外星土壤的樣本采集和土壤分析等各種任務(wù)。陸地智能移動(dòng)機(jī)器人的出現(xiàn)是為了幫助人類完成無(wú)法完成的任務(wù)。陸地移動(dòng)機(jī)器人也廣泛應(yīng)用于軍事，可以完成排除爆炸物，掃雷，偵查，清除障礙物等等，近年來(lái)智能移動(dòng)機(jī)器人也開(kāi)始漸漸融入人們的日常生活。
4.2 水下智能移動(dòng)機(jī)器人
近年來(lái)，人們對(duì)資源的渴求加大，開(kāi)始對(duì)原子能和海洋資源的開(kāi)發(fā)，加之水下環(huán)境十分復(fù)雜(能見(jiàn)度差，定位困難，流體變化等)，水下智能移動(dòng)機(jī)器人在海底資源探測(cè)上的優(yōu)勢(shì)使之受到關(guān)注。近年德國(guó)基爾大學(xué)的科學(xué)家研制出新型深水機(jī)器人“ROV Kiel 6000”，這架深水機(jī)器人能夠下探到6000米深的海底，尋找神秘的深水生物和“白色黃金”可燃冰。
4.3 仿生智能移動(dòng)機(jī)器人
近年來(lái),全球許多機(jī)器人研究機(jī)構(gòu)越來(lái)越多的關(guān)注仿生學(xué)與機(jī)構(gòu)的研究工作.在某些情況下仿生機(jī)器人尤其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，例如，蛇形機(jī)器人重心低，能夠模仿蛇的動(dòng)作，穿梭在能夠穿梭在受災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)和其他復(fù)雜的地形中能夠幫助人類完成各種任務(wù)。除此之外還有仿生寵物狗、仿生魚(yú)、仿生昆蟲(chóng)等。
5 智能移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展方向及前景
影響移動(dòng)機(jī)器人發(fā)展的因素主要有：導(dǎo)航與定位技術(shù)，多傳感器信息的融合技術(shù)，多機(jī)器人協(xié)調(diào)與控制技術(shù)等因而移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)主要包括：
(1)高智能情感機(jī)器人。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)人機(jī)交互的技術(shù)的要求越來(lái)越高，具有人類智能的情感移動(dòng)機(jī)器人是移動(dòng)機(jī)器人未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。目前的移動(dòng)機(jī)器人只能說(shuō)是具有部分的智能，人們渴望能夠出現(xiàn)安全可靠的能夠溝通交流的高智能的機(jī)器人。雖然現(xiàn)在要實(shí)現(xiàn)高智能情感機(jī)器人還非常的困難，但是終有一天，隨著科學(xué)技術(shù)的突破，它將成為現(xiàn)實(shí)。
(2)高適應(yīng)性多功能化的機(jī)器人。機(jī)器人的出現(xiàn)是為人類服務(wù)的，自然界中還有好多未知的世界等著我們開(kāi)拓，各種危險(xiǎn)的復(fù)雜多變的環(huán)境，人類無(wú)法涉足，因此人們也迫切希望有能夠代替人類的機(jī)器人出現(xiàn)，高適應(yīng)性多功能化的機(jī)器人也必將是機(jī)器人的發(fā)展方向之一。
(3)通用服務(wù)型的機(jī)器人。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人也是應(yīng)該越來(lái)越容易融入人們?nèi)粘Ｉ钪械?，在日常生活中為人們服?wù)。例如在家庭中，機(jī)器人可以幫助人們做各種家務(wù)，和人們生活關(guān)系密切。
(4)特種智能移動(dòng)機(jī)器人。根據(jù)不同應(yīng)用領(lǐng)域，不同的目的，設(shè)計(jì)各種各樣特種智能移動(dòng)機(jī)器人是未來(lái)發(fā)展方向，如納米機(jī)器人，宇宙探索機(jī)器人，深海探索機(jī)器人，娛樂(lè)機(jī)器人等等。
6 結(jié)束語(yǔ)
總之，智能移動(dòng)機(jī)器人涉及到傳感器技術(shù)，控制技術(shù)，移動(dòng)技術(shù)，信息處理、人工智能、控制工程等多學(xué)科技術(shù)。未來(lái)智能移動(dòng)機(jī)器人走向生活，安全可靠，操作簡(jiǎn)單是其趨勢(shì)。盡管智能移動(dòng)機(jī)器人以驚人的速度在發(fā)展著，但是實(shí)現(xiàn)高適應(yīng)性，智能化，情感化，多功能化的移動(dòng)機(jī)器人還有很長(zhǎng)的路要走。
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機(jī)器人科技論文篇二
機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
摘 要：機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng) 數(shù)碼攝像機(jī) 空域操作 C語(yǔ)言 Optimas6.2 立體成像
市場(chǎng)上有很多廉價(jià)的數(shù)碼攝像機(jī)可以用于創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的詩(shī)句系統(tǒng)。它們簡(jiǎn)單，小巧，輕便，可以拍出供計(jì)算機(jī)捕捉和處理的圖像。實(shí)際上，許多帶有軟件的攝像機(jī)就可以捕捉并數(shù)字化圖像。標(biāo)準(zhǔn)的VHS攝像機(jī)可以和諸如snappy之類的產(chǎn)品聯(lián)合使用，使得大家可以在自已的計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的數(shù)字化和儲(chǔ)存。還可以使用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)碼攝像機(jī)捕捉圖像，然后下載到自己的計(jì)算機(jī)上，在這種情況下，雖然可以捕捉圖像供今后使用，但是由于還需要進(jìn)行附加的諸如下載到計(jì)算機(jī)上這些步驟，所以圖像還不能立刻使用。
有許多簡(jiǎn)單的軟件，例如Adobe Photoshop，包含了一些類似于在本章中討論過(guò)的方法的代碼。其他程序可以由通過(guò)的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言如C語(yǔ)言來(lái)開(kāi)發(fā)。最終可以得到一個(gè)具備一定視覺(jué)能力，用于處理相關(guān)視覺(jué)任務(wù)的簡(jiǎn)單視覺(jué)系統(tǒng)。這一開(kāi)發(fā)成果可以獨(dú)立完成，也可以和一個(gè)3軸機(jī)器人聯(lián)合完成，其中包含了用于識(shí)別和抓取物體，開(kāi)發(fā)移動(dòng)機(jī)器人和建立類似的其他設(shè)備的程序。
1 圖像采樣
1.1 信號(hào)的傅里葉變換及其頻譜
圖像采樣理論，數(shù)碼攝像機(jī)對(duì)圖像的采集涉及到一系列的物理光學(xué)技術(shù)和電子信號(hào)技術(shù)，其中有兩個(gè)重要概念關(guān)系到機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)程序的編寫。一個(gè)是信號(hào)的傅里葉變換及其頻譜，我們知道任何周期性的信號(hào)都可以分解成一系列不同幅值與頻率的正弦波和余弦波。
如果把這些正弦波和余弦波重新疊加在一起，就相當(dāng)于重構(gòu)了原始信號(hào)。稱做傅里葉級(jí)數(shù)，式中不同頻率的集合稱作信號(hào)的頻率含量或者是頻譜。當(dāng)然，信號(hào)是在時(shí)域表示的，而頻譜卻是在頻域內(nèi)來(lái)表示的。圖1表示的信號(hào)是，而且給出了頻譜圖。顯然，當(dāng)函數(shù)f(t)中包含的頻率成分增加時(shí)，其和越逼近于一個(gè)方波函數(shù)，也就是數(shù)字信號(hào)。
圖1 且有一系列頻率的正弦函數(shù)的域和頻域圖，當(dāng)頻率數(shù)量增加時(shí)，信號(hào)越接近于方波
從理論上說(shuō)，要用正弦波重構(gòu)一個(gè)方波，需要無(wú)限多個(gè)正弦波進(jìn)行疊加。由于方波函數(shù)包含突然的變化，這意味著快速的變化(例如刺激，脈沖，方波或者其他與之類似或者由它們衍生出來(lái)的信號(hào))都包含著大量的頻率成分。變化得越快，重構(gòu)它所需要的頻率成分就越多。因此，所有包含急速變化(例如噪聲，高對(duì)比度，一個(gè)脈沖或一個(gè)階躍函數(shù))或含有細(xì)節(jié)信息(例如快速多變化的高清晰度圖像)的視頻(或其他類型)信號(hào)的頻譜中都將包含大量的頻率成分。
1.2 空域操作：卷積掩模
另一個(gè)是空域操作，卷積掩模?？沼蛱幚磉^(guò)程可以對(duì)包含在單個(gè)像素中的信息進(jìn)行操作。相應(yīng)地，圖像直接接受這種操作的影響。視覺(jué)系統(tǒng)的多數(shù)據(jù)處理過(guò)程都是在空域上進(jìn)行的，其中最流行也是最常用的一種技術(shù)就是卷積掩模。這一技術(shù)可以用在不同的工作中，如濾波，邊緣檢測(cè)，成像術(shù)等。接下來(lái)先介紹卷積掩模的基本原理。
假設(shè)一幅由像素組成的圖像，其中每一個(gè)像素都包含了灰度或者是彩色的信息。這些信息組合在一起就構(gòu)成了整幅圖像。假設(shè)灰度等級(jí)并沒(méi)有數(shù)字化為0和1，而是保持為模擬量。舉例說(shuō)明，圖2中的圖像是一幅大圖像中的一部分，其中像素值分別以符號(hào)A、B、C...來(lái)表示。并且假定有一33的掩模，以、…來(lái)表示其個(gè)各單元的值。將掩模應(yīng)用到圖像上。
首先把它疊加到圖像的左上角，把像素值和其對(duì)應(yīng)的掩模單元格中的數(shù)值相乘之后再相加，然后除以一個(gè)基準(zhǔn)值。就可以得到X值。
S是基準(zhǔn)值，如果總和為0，就令S=1。
圖2 疊加在圖像上的卷積掩模能逐個(gè)改變圖像中的像素值。其中一步包括：將掩模的單元疊加在相應(yīng)的像素上并將像素值與掩模單元值相乘并相加，再將歸一化結(jié)果代替操作域的中心值。掩模逐個(gè)改變像素，操作一直重復(fù)直到過(guò)程結(jié)束
用計(jì)算的結(jié)果X代替參與疊加的像素塊正中心像素處原有的值，這里也就是用X代替F值(X)為了不改變?cè)械奈募?，通常新建一個(gè)文件來(lái)進(jìn)行這一替換過(guò)程。然后掩模右移一格，同樣地進(jìn)行一系列的計(jì)算，產(chǎn)生一個(gè)新的X值來(lái)取代G。
接下來(lái)，再次移動(dòng)一個(gè)像素的距離并重復(fù)這一操作，直到本行中所有的像素上的數(shù)值都都發(fā)生了變化為止。然后在接下來(lái)的一行中進(jìn)行相似的操作直到整幅圖像中所有的點(diǎn)都發(fā)生變化。這樣操作得到的圖像會(huì)或多或少地顯示出一些另外的特征，其變化的程度依賴于掩模的M值大小。開(kāi)始和結(jié)束的行列無(wú)法進(jìn)行類似操作，通常加以忽略。某些系統(tǒng)在這些行和列中都插入0。
對(duì)于一幅有R行C列像素的圖像I(R，C)和一個(gè)有n行n列的掩模M(n，n)，新的圖像像素值可以用如下方程進(jìn)行計(jì)算。
當(dāng)和不為零時(shí)S=1
要注意的是比例因子S是隨機(jī)的，它用于防止圖像的飽和。因此用戶可以通過(guò)S的值來(lái)獲取沒(méi)有飽和的最佳圖像。
2.立體成像
由于圖像是通過(guò)理想透鏡把一個(gè)場(chǎng)景投射到成像平面上獲得的，因此圖像上每一個(gè)點(diǎn)都對(duì)應(yīng)于實(shí)際場(chǎng)景中的一個(gè)點(diǎn)。然而，這些點(diǎn)到成像平面的距離信息在投射過(guò)程中已經(jīng)丟失，并且無(wú)法從單一的場(chǎng)景中重新獲得。如果對(duì)同一場(chǎng)景生成了兩幅圖像，那么可以通過(guò)比較兩幅圖像來(lái)提取圖像平面上不同點(diǎn)的相對(duì)深度信息，其差異表示了不同點(diǎn)間的空間關(guān)系。人類通過(guò)自動(dòng)合并兩幅圖像來(lái)形成三維圖像。深度測(cè)量所用到的立體圖像實(shí)際上可以認(rèn)為是2.5維圖像，而形成真正的三維圖像則需要大量的圖像。
立體圖像的深度測(cè)量通常需要兩步：
2.1 確定兩幅圖像中對(duì)應(yīng)于場(chǎng)景中同一個(gè)點(diǎn)的一對(duì)點(diǎn)，這稱做點(diǎn)對(duì)的對(duì)應(yīng)或者視差。這一操作不易進(jìn)行，因?yàn)閳?chǎng)景中的某個(gè)點(diǎn)可能在另一幅圖像中不可見(jiàn)，并且視角失真會(huì)使兩幅圖像中元素的大小和空間關(guān)系發(fā)生改變。
2.2 利用三角測(cè)量或者其他技術(shù)來(lái)確定物體或圖像中的點(diǎn)的深度和位置。
一般來(lái)說(shuō)，如果兩個(gè)攝像機(jī)(或者是在靜態(tài)場(chǎng)景拍攝時(shí)處于不同位置的同一攝像機(jī))能夠精確校準(zhǔn)，那么只要能夠獲取足夠多的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，使用三角測(cè)量便是相對(duì)簡(jiǎn)單的方法。
立體成像中深度測(cè)量的精度主要依賴于兩幅圖像之間所有的角度，也就是它們之間的視差。但是視差越大，要求搜索的范圍就越大。為了提高精度和減少計(jì)算時(shí)間，可以使用同一場(chǎng)景的多幅圖像。
大家也可以利用其他的處理圖像的編程語(yǔ)言和系統(tǒng)(其中包括Excel，LabView等)來(lái)開(kāi)發(fā)自己的簡(jiǎn)單視覺(jué)系統(tǒng)。
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