1．引言
戰(zhàn)斗是人們所沒有違心見到的，但有時是不可避免的。為了正在戰(zhàn)斗中取得劣勢，盡量的削減人員傷亡跟經(jīng)濟損失，世界上許多國度皆投入大批的人力、財力研討制造軍用機器人。海洋微小型探查機器人是軍用機器人的一種。它存在體積小，布局簡略，本錢昂貴，研討周期短，易實現(xiàn)“群”進擊等特色。正在真實戰(zhàn)斗中不容易被察覺，簡單接近方針，可以取得大批真實靠得住跟實時的數(shù)據(jù)。以是正在現(xiàn)階段間接的戰(zhàn)役型機器人借不突破性希望的時間，探查機器人成為軍用機器人研討的熱點。
本文以中國科學院沈陽自動化研究所正在研制的小型空中探查機器人“山羊號”為實驗根底，實現(xiàn)了機器人的監(jiān)視式控制器的計劃，并正在這個機器人平臺上驗證了監(jiān)視式節(jié)制的方法的實際可行性跟優(yōu)越性。
2．監(jiān)視式節(jié)制與其他節(jié)制方法的比力
挪動控制器的計劃是微小型探查機器人的一個研討重點。開展古代機器人控制系統(tǒng)的實踐經(jīng)驗評釋，正在現(xiàn)有的實際跟技術(shù)水平下，研討具有高度智能的齊自立機器人的技巧前提還遠未成熟；關(guān)于田野機器人來講，因為通信可靠性跟時延性沒法保障，情況多樣性復雜性招致信息獲得有限，雜手動遙操縱招致節(jié)制可靠性降低，復雜性增長。以是，研討跟計劃面向特定使命特有情況下的監(jiān)控式移動機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：一個或多個操作員中斷編程且時斷時續(xù)天從計算機吸收信息，計算機應(yīng)用傳感器跟驅(qū)動器節(jié)制歷程或使命情況，擔任閉環(huán)回路。監(jiān)督控制兩個緊張?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)，機器人處于自立形態(tài)，兩者同時履行使命。Sheridan曾羅列了計算機跟人的4種彼此關(guān)聯(lián)：延長、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
快遞分揀機器人是怎么工作的田野探查機器人的用途決意這個機器人的布局必需簡略，靠得住，具有可替代跟易進級的尺度，使其富有生命力。
3.1硬件組成
該機器人利用履帶—腿復合挪動機構(gòu)，復合型挪動機構(gòu)次要是為移動機器人正在非布局情況中使用而研討的，目標是進步其非布局情況中的經(jīng)由過程才能。名目稱之為“山羊號”機器人，見圖2：
焦點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跟公用節(jié)制設(shè)備，PC104采取了尺度的積木式硬件布局，簡單擴展功用跟端口；存在壯大的運算才能，使機器人存在處理速度快才能強的特色；存在優(yōu)越的耐熱、耐寒、防潮、抗震機能，順應(yīng)卑劣的田野前提。控制臺體系采取了與PLC近似的德國WOGO工業(yè)MODBUS適配器作為節(jié)制焦點，上位機下位機之間的通信遵守了MODBUS和談經(jīng)由過程無線數(shù)傳電臺實現(xiàn)。WOGO工業(yè)MODBUS適配器模塊化的軟件設(shè)計，不變靠得住，非常適合于機器人控制臺數(shù)據(jù)收羅跟數(shù)據(jù)顯現(xiàn)等使用。
機器人運動控制系統(tǒng)是機器人節(jié)制各軸機電實現(xiàn)遙操縱的焦點。本體系采取了DeltaTau公司供給的PC104接口的PMAC2型運動控制卡，可以同時節(jié)制四個機電，實現(xiàn)四軸聯(lián)動。可以實現(xiàn)：履行運動順序、停止伺服環(huán)更新、機電的換相更新、軟硬件平安資源管理、與主機通訊、使命優(yōu)先級組織等等功用。是一塊極為壯大的運動控制卡。無線數(shù)據(jù)通訊體系采取美國MDS無線數(shù)傳電臺，存在尺度RS232通信心，采取無線擴頻技巧，利用220M頻段，次要用于近程無線點對點或多點間無線數(shù)據(jù)通訊傳輸速度可以達15.2Kbps，利用2db天線室內(nèi)通信距離可以到達300米。
機器人窺察體系采取SURF系列無線圖象發(fā)射/接管體系，由兩個攝像頭及一套無線圖象發(fā)射/接管體系組成，兩個攝像頭離別裝置正在機器人本體的前端跟本體上端。經(jīng)由過程前往近程圖象實現(xiàn)對非布局情況下的近程監(jiān)控。機器人內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3：
3.2軟件組成
山羊號的軟件系統(tǒng)分為五個部門：機器人底層舉措級節(jié)制模塊；上位機的研討職員的操縱情況和人機交互界面；上位機和機器人的通信機制和指令數(shù)據(jù)收發(fā)機制；機器人上的視覺收羅傳輸模塊；上位機和下位機的人工干預跟切換節(jié)制機制模塊。機器人底層舉措級別的節(jié)制由DeltaTau的運動控制卡實現(xiàn)，它可以同時對四個機電停止節(jié)制，實現(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。
分揀機器人碼垛生產(chǎn)線人機交互模塊基于windows編程，經(jīng)由過程WOGO的MODBUS適配器前往機器人形態(tài)，而且顯現(xiàn)機器人攝像頭收羅到的圖象。操縱職員可以正在已有的機器人舉措級別指令跟使命順序的根底上，增添新的使命順序或許點竄現(xiàn)有指令順序。
由于山羊號的本體操作系統(tǒng)是嵌入式及時多任務(wù)體系QNX，它能夠會同時停止或許實現(xiàn)多任務(wù)，是以調(diào)和的通信便很緊張。此中包羅：
煤矸石分揀機器人識別系統(tǒng)上位機和下位機的無線通訊，包羅形態(tài)數(shù)據(jù)反應(yīng)跟控制指令的下達。
主控制器PC104跟運動控制卡間應(yīng)用串口停止的通信，監(jiān)視使命的實現(xiàn)跟舉措的平安精確。
QNX供給的多任務(wù)才能時各個使命間的通信。
上位機和下位機的人工干預跟切換節(jié)制機制的實現(xiàn)方法次要有兩種。一是操作員間接接受機器人的節(jié)制，經(jīng)由過程上位機操縱桿節(jié)制機器人舉措，而且由人實現(xiàn)使命計劃，此時機器人近似人工控制；二是操作員監(jiān)視機器人的使命履行，而且由便人或許機器人自動提議中斷使命跟代替的指令，以保障使命的畸形履行跟機器人的平安。那內(nèi)里實現(xiàn)了監(jiān)督控制的思惟。
智能的分揀機器人介紹三亞并聯(lián)分揀機器人系統(tǒng)監(jiān)視式移動機器人控制器次要實現(xiàn)的功用有：
外界情況信息、傳感器、處理器跟舉措執(zhí)行機構(gòu)造成閉環(huán)，實現(xiàn)機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，實現(xiàn)人工干預跟替代機制，造成人機節(jié)制閉環(huán)。是以，山羊號監(jiān)控體系次要分紅兩個子系統(tǒng)，它的層次模型如圖4，對應(yīng)監(jiān)督控制的界說，明顯它是一個監(jiān)控式機器人控制器。
山羊號機器人控制器的使命履行跟節(jié)制流程以下：
操作者擬出使命計劃，并天生機器人可實現(xiàn)跟可以接管的一個舉措序列的機器人語言指令；
將指令傳到機器人本體，由機器人控制器接收并實現(xiàn)；
若是使命計劃曾經(jīng)參加知識庫中，操作者調(diào)出對應(yīng)使命代號并監(jiān)督機器人實現(xiàn)；
關(guān)于曾經(jīng)參加知識庫的使命，機器人正在傳感器信息的撐持下自立實現(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)入手動節(jié)制；
給機器人本體參加自立中斷形式，正在使命履行進程中，若是因為延時或許毛病等緣故原由形成信息沒法實時反應(yīng)，機器人由傳感器信息斷定若是環(huán)境危及機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)復或許勾銷。
4．實現(xiàn)環(huán)境
此刻該機器人曾經(jīng)可以實現(xiàn)高低尺度人行樓梯、跨溝、翻倒自動復位、高低高臺、正在沙地行走等功用。人機存在了較好的協(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機器人的節(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，可以進一步開辟機器人的自立才能，很簡單停止體系的進級，也可以作為機器人自立節(jié)制的研討平臺；人、機離別可操縱的急迫形式，正在遠距節(jié)制中，關(guān)于旌旗燈號耽擱、非布局情況的沒有肯定、機器跟電子毛病等環(huán)境惹起的機器人安全性問題，有了一個比力穩(wěn)當跟可行的計劃。正在后續(xù)的研討中，將會進一步拆卸各種傳感器，進步機器人的自立才能，參加機器人在線學習更新知識庫的才能，改善操作者界面使其加倍人性化等，使得山羊號既能成為一個開辟研討平臺，同時也能成為一個實際靠得住可用的產(chǎn)物。
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