外文翻譯--機械臂動力學與控制的研究

附錄 B le ftm o b ile m o b iler ig h tuuwu (1) m a n i p m a n i p m a n i p m a n i p m a n i pa c q u i s i t i o n a c q u i s i t i o n r e t r a c t r e t r a c tq w q w q& & & (2) 32( ) ,b b b b b b bbbT w a w w r b b w w n o i s e & (3) t a n h ( ( )m o b i l e m o b i l e m o b i l ea t a r t h r e s h o l da k d d (4) t a n h ( ( ) )m a n i p m a n i p m o b i l ea c u i s i t i o n a t a r t h r e s h o l da k d d (5) 錯誤 !未找到引用源。 t a n h ( ( ) )m a n i p m o b i l ea t a r t h r e s h o l dk d d (6) , h o m1 ( 1 t a n h ( ( ) ) )2 r e t r a c tr e t r a c t a c q u i s i t i o n r c u r r e n t e qr k q q (7) m o b i l e m o b i l e m o b i l e m o b i l e m o b i l et a r t a r o b s o b sf w f w f (8) , 2l e f tw h e e lvuv d & (9) , 2r i g h t r i g h tw h e e lvu v ud & (10) wheelbasewheeldd& (12) , s i n ( )m o b i l e m o b i l et a r t a r t a rf (13) , m a x( m i n ( , ) )m o b i l e v m o b i l e v m o b i l et a r t a r t a r t a rf v k d v v (14) 22,()2, () im o b i l eo b s o b s i icdm o b i l e m o b i l eo b s i o b s if e e (15) ,m i n m i n, m i n ,m a x , m a x ,()0()m o b i l e vobsm o b i l e vo b s i m a n x im o b i l e vo b s i iv v f o r v vf f o r v v vv v f o r v v (16) ,m o b i l em o b i l eo b s iobsm o b i l eobs m o b i l e v m o b i l e vio b s o b s ifffff (17) C.Comopetitive Dynamics , m i n, l i m1 (1 t a n h ( ( ) ) )2 obsm o b i l e m o b i l e m o b i l et a r o b s g a i n i tt a rdrrd (18) 00t a n h ( )m o b i l e m o b i l em o b i l eobs m o b i l e (19) 0,1 (1 t a n h ( ) ) (1 ) ) )2m o b i l e m o b i l et a r o b s t a r o b s (20) ,1m axi obs id (21) 錯誤 !未找到引用源。 (22) 錯誤 !未找到引用源。 (23) a r c s i n iiivnvn (24) The size of the change in direction of the tool is then calculated as 222, 2im a n i piobscnm a n i po b s i ee & (25) 錯誤 !未找到引用源。 (26) 錯誤 !未找到引用源。 (27) 錯誤 !未找到引用源。 (28) Withm a x , m a x ,m a x ( , )m a n i pi o b s i iknSumming up over all obstacles the total contribution becomes 錯誤 !未找到引用源。 (29) 錯誤 !未找到引用源。 (30) 錯誤 !未找到引用源。 (31) 錯誤 !未找到引用源。 (32) 錯誤 !未找到引用源。 (33) 2009年 IEEE國際機器人和自動化會議 神戶國際會議中心 日本神戶 12-17， 2009 機械臂動力學與控制的研究 拉斯彼得 Ellekilde 摘要 操作器和移動平臺的組合提供了一種可用于廣泛應用程序高效靈活的操作系統(tǒng)，特別是在服務性機器人領域。在機械臂眾多挑戰(zhàn)中其中之一是確保機器人在潛在的動態(tài)環(huán)境中安全工作控制系統(tǒng)的設計。在本文中 ,我們將介紹移動 機械臂用動力學系統(tǒng)方法被控制的使用方法。該方法是一種二級方法，是使用競爭動力學對于統(tǒng)籌協(xié)調優(yōu)化移動平臺以及較低層次的融合避障和目標捕獲行為的方法。 I介紹 在過去的幾十年里大多數(shù)機器人的研究主要關注在移動平臺或操作系統(tǒng)，并且在這兩個領域取得了許多可喜的成績。今天的新挑戰(zhàn)之一是將這兩個領域組合在一起形成具有高效移動和有能力操作環(huán)境的系統(tǒng)。特別是服務性機器人將會在這一方面系統(tǒng)需求的增加。大多數(shù)西方國家的人口統(tǒng)計數(shù)量顯示需要照顧的老人在不斷增加 ,盡管將有很少的工作實際的支持他們。這就需要增強服務業(yè)的自動化程度，因 此機器人能夠在室內動態(tài)環(huán)境中安全的工作是最基本的。 圖 .1 一臺由賽格威 RMP200和輕重量型庫卡機器人組成的平臺 這項工作平臺用于如圖 1所示，是由一個 Segway與一家機器人制造商制造的 RMP200輕機器人。其有一個相對較小的軌跡和高機動性能的平臺使它適應在室內環(huán)境移動。庫卡工業(yè)機器人具有較長的長臂和高有效載荷比自身的重量 ,從而使其適合移動操作。 當控制移動機械臂系統(tǒng)時，有一個選擇是是否考慮一個或兩個系統(tǒng)的實體。在參考文獻 1和 2中是根據雅可比理論將機械手末端和移動平臺結合在一起形成一個單一的控 制系統(tǒng)。另一方面，這項研究發(fā)表在 3和 4,認為它們在設計時是獨立的實體，但不包括兩者之間的限制條件 ,如延伸能力和穩(wěn)定性。 這種控制系統(tǒng)的提出是基于動態(tài)系統(tǒng)方法 5, 6。它分為兩個層次，其中我們在較低的水平，并考慮到移動平臺作為兩個獨立的實體，然后再以安全的方式結合在上層操縱者。在本文中主要的研究目的是展現(xiàn)動力系統(tǒng)方法可以應用于移動機械臂和使用各級協(xié)調行為的控制。 本文剩下的安排如下。第二部分介紹系統(tǒng)的總體結構設計 ,其次是機械手末端移動平臺的控制在第三第四部分講述。在第五部分我們在結束本文之前將 顯示一作實驗。然而 , 首先與動力學系統(tǒng)有關工作總結與方法將在在部分 I-A提供。 A.相關工作 動力學系統(tǒng)接近 5， 6為控制機器人提供一套動作的框架，例如障礙退避和目標捕捉。每個動作通過一套一個非線性動力學系統(tǒng)的 attractors和 repellors來完成。這些通過向量場的簡單的加法被結合在一起來完成系統(tǒng)的整體動作。動力系統(tǒng)的方法涉及到更廣泛的應用勢場法 7,但具有一定的優(yōu)勢。這里勢場法的行為是由后場梯度形成的結果，行為變量，如航向和速度，可直接運用動力系統(tǒng)控制的方法。 成本相對較低的計算與方法有 關，使得它在動態(tài)環(huán)境中在線控制適宜，允許它即使在相當?shù)偷乃接邢薜挠嬎隳芰ζ脚_ 8實施。傳感器的魯棒性在人聲嘈雜中顯示 9和 10其中一個是由紅外傳感器和麥克風的結合，當避障和目標獲取時使用。盡管能解決各種各樣的任務，但它僅是一個局部的方法，為了其他的任務和使命級計劃 (即參見 11)其他的方法應該被釆用。 當多行為被結合時，在 5和 6的缺點是由潛在的假的因子引起的。為了克服這個問題 12介紹了一種基于競爭動態(tài)的行為比重。每個行為的影響是控制使用一個相關的競爭優(yōu)勢，再加上定義的行為之間有競爭力 的相互作用，控制重物。如果所有的行為之間的競爭性相互作用是必需的，這種方法可以推廣到任意數(shù)n,行為，除了這樣一個最壞情況的復雜度 錯誤 !未找到引用源。 在現(xiàn)實世界中使用這種方法的競爭態(tài)勢室內實驗中可以找到 13， 14。 13是只在有標題方向的車輛上使用，而在 14中航向和速度均得到控制。 15提供了一個為速度性能簡短的策略討論。 在 16中提到動力系統(tǒng)的方法不僅被用于平面移動機器人，同時也可以作為控制機械手工具。另外運用產生極限環(huán) Hopf振蕩器動力系統(tǒng)的更復雜的動力系統(tǒng)也可被使用。 17展現(xiàn)出不同形狀的極限環(huán)是如何產生的，其可運用于避障軌跡的生成。 18中介紹到使用 Hopf振蕩器產生一個定時的軌跡 ,實現(xiàn)了機械手可以接住從桌子上面滾下來的球。 動力系統(tǒng)的方法不僅可以用于控制的工具，也可以控制 7自由度機械手多余的動作這一 點在 19 中得到論證。 II.總體結構 我們整個系統(tǒng)的整體架構如圖 2所示。在賽格威平臺中為了控制移動平臺，兩個低級別的性能被使用：一個用于目標捕獲和另一個是避障。運用競爭動態(tài)的動作被混合在一起是為了做出移動平臺希望得到的指定的移動動作。同樣，在競爭態(tài)勢的基礎上目標捕 獲和機械手避障行為的融合給機器人收縮下達指令。當目標不在范圍內，應收回機械手到一個安全的位置，這是機械手縮回行為的目的。最后融合是以一個安全的方式把所有的控制結合在一起，這樣一來目標捕獲和收回行為不互相干擾，另外移動平臺在不開始朝著新的目標之前，移動機械手巳被收回。 用 錯誤 !未找到引用源。 mobilew 、 錯誤 !未找到引用源。 和 錯誤 !未找到引用源。分別 代表機械手移動、機械手捕獲和機械手收縮行為的影響，控制信號 錯誤 !未找到引用源。 和 錯誤 !未找到引用源。 通過 (1)(2)移動平臺和機械手。 le ftm o b ile m o b iler ig h tuuwu (1) m a n i p m a n i p m a n i p m a n i p m a n i pa c q u i s i t i o n a c q u i s i t i o n r e t r a c t r e t r a c tq w q w q& & & (2) 其中 (leftu rightu)是指控制輸入信號以控制在第三節(jié)中描述的平臺的左，右側車輪 ；錯誤 !未找到引用源。 和 錯誤 !未找到引用源。 是在第四節(jié)描述的機械手關節(jié)速度。 動作 結合 設備 圖 .2.控制系統(tǒng)的體系結構 A. 競爭動態(tài) 這種競爭態(tài)勢釆用的方法是以 12為基礎的，除了附加參數(shù) 錯誤 !未找到引用源。 用于控制在 14中的轉換率。動力系統(tǒng)釆用 (3)因此給予 : 32( ) ,b b b b b b bbbT w a w w r b b w w n o i s e & (3) 其中 錯誤 !未找到引用源。 是 b和 r錯誤 !未找到引用源。 競爭優(yōu)勢產生 的參數(shù)， b是 錯誤 !未找到引用源。 和 b相互競爭作用的參數(shù)。 1) 移動：在移動平臺遠離目標時它的競爭優(yōu)勢應該被加強；標被捕獲時移動平臺的競爭優(yōu)勢應該被降低。這是通過 (4)實現(xiàn)的。 t a n h ( ( )m o b i l e m o b i l e m o b i l ea t a r t h r e s h o l da k d d (4) 其中 ,錯誤 !未找到引用源。 決定如何迅速的改變這種優(yōu)勢， 錯誤 !未找到引用源。是指到 目標的距離和 錯誤 !未找到引用源。 是指移動平臺移動目標所需的最小距離。 移動的行為，沒有能力進行互動，并抑制其他行為，因此它的競爭性相互作障礙 目標 障礙 目標 運動結合 操作結合 結合 操作收回 賽格威 庫卡 機器人 用被設置為 0。 2) 機械手捕獲目標： A移動平臺接近他的目標時，機械手捕獲目標的動作應該別加強。這樣的競爭優(yōu)勢將被定義為： t a n h ( ( ) )m a n i p m a n i p m o b i l ea c u i s i t i o n a t a r t h r e s h o l da k d d (5) 激活距離 錯誤 !未找到引用源。 必須大于 mobilethresholdd來確保其行為被激活。此動作沒有和其他的動作有直接聯(lián)系，因此它的相互作用參數(shù)設置為 0。 3) 機械手收縮：收回動作應該被激活當對面目標被捕獲之后，因此 錯誤 !未找到引用源。 t a n h ( ( ) )m a n i p m o b i l ea t a r t h r e s h o l dk d d (6) 要有一個非常小的過渡時間，這可以防止在同一時間活動的機械臂捕獲和收縮動作 ,因此，我們可以設置, 0retract acquisitionr 由于機械手收縮和移動動作的聯(lián)系，當機械手原理自動巡航裝置時我們希望能夠取消停止移動。因此這種相互作用定義為： , h o m1 ( 1 t a n h ( ( ) ) )2 r e t r a c tr e t r a c t a c q u i s i t i o n r c u r r e n t e qr k q q (7) 其中curq和 錯誤 !未找到引用源。 ，是機械手當前和原始配置參數(shù)，q是指目標homeq最近的距離和 retractrk指定如何使相互作用迅速變化的參數(shù)。 III.移動平臺的控制 該移動平臺的控制，結構與參考文獻 14中表述的非常相似，但也有一些不同。剛開始時目標捕獲和避障指令被使用。緊接著除走廊和墻壁避障不包括在內，伹將沿直線擴展。第二個領域，不同的是這項工作的障礙是如何找出障礙密度的計算方法。具體的論述在 III-D部分。 為了使控制系統(tǒng)能夠根據具體的環(huán)境進行導航。我們所使用的方法是基于參考文獻 20中論述的方法，它運用里程計和激光測距相結合對所在環(huán)境中地圖的主導線匹配測量。 該平臺控制編碼的使 用方向： ；速度： V，它在一個控制輸入系統(tǒng)的結果數(shù) ,mobilefv &的值是由兩部分組成， 錯誤 !未找到引用源。 和 錯誤 !未找到引用源。 ，這里合并為 m o b i l e m o b i l e m o b i l e m o b i l e m o b i l et a r t a r o b s o b sf w f w f (8) 其中 錯誤 !未找到引用源。 和 錯誤 !未找到引用源。 是被 Eq 限制的。 (3)中的競爭優(yōu)勢和相互作用在 III-C 中有詳細的描述。 作為控制輸入我們需要一個表達式對移動平臺的左右輪進行控制，這里用 錯誤 !未找到引用源。 和 錯誤 !未找到引用源。 分別作為左，右側車輪的表達參數(shù)。要使獲得這些數(shù)據 錯誤 !未找到引用源。 集成得到 v， 連同所需的旋轉速度 錯誤 !未找到引用源。 時，車輪直徑 錯誤 !未找到引用源。 和車輪之間的距離 錯誤 !未找到引用源。 可以用數(shù)據庫來計算控制輸入： , 2l e f tw h e e lvuv d & (9) , 2r i g h t r i g h tw h e e lvu v ud & (10) 這里車 輪需要的速度差被定義為 : wheelbasewheeldd& (12) A. 動態(tài)目標： 捕獲目標動作的基本動力是 : , s i n ( )m o b i l e m o b i l et a r t a r t a rf (13) , m a x( m i n ( , ) )m o b i l e v m o b i l e v m o b i l et a r t a r t a r t a rf v k d v v (14) 其中 錯誤 !未找到引用源。 和 錯誤 !未找到引用源。 是吸 引子的優(yōu)勢參數(shù)和 錯誤 !未找到引用源。 表示運動到目標的方向。常數(shù) 錯誤 !未找到引用源。 表達出機械手到目標之間的距離和所需的速度關系。最后最大速度 錯誤 !未找到 引用源。 是指移動平臺所允許的最大速度。 B. 障礙動態(tài) 假定一個距離 錯誤 !未找到引用源。 ，方句參數(shù) 錯誤 !未找到引用源。 表示機械手到第 i個障礙的方向，在避障的動力學中用公式（ 15) (16)表不如下： 22,()2, () im o b i l eo b s o b s i icdm o b i l e m o b i l eo b s i o b s if e e (15) ,m i n m i n, m i n ,m a x , m a x ,()0()m o b i l e vobsm o b i l e vo b s i m a n x im o b i l e vo b s i iv v f o r v vf f o r v v vv v f o r v v (16) 其中m a x , , m i nm a x ( , )i o b s o b s iv k d v 動態(tài)參數(shù) 錯誤 !未找到引用源。 包括三個要素： (一 )障礙物 ()i的相對方向， (二 )例系數(shù) 錯誤 !未找到引用源。 ,其中 mobileobsc 根據距離 錯誤 !未找到引用源。決定衰減的程度。 (三 )另一個比例系數(shù) 錯誤 !未找到引用源。 根據到障礙的方向而定的，并運用,1a r c s i n ( )1 si o b s iDd保兩障礙間的 attractor產生，如果機器人可以在確保安全距離 DS 下通過。我 們可以在參考文獻 14中看到具體的描述。 對于 錯誤 !未找到引用源。 是表示調整速度轉向 錯誤 !未找到引用源。 ,但確保錯誤 !未找到引用源。 最小速度是被保留的。 運用公式 (17)獲取我們總結所有障礙 錯誤 !未找到引用源。 的值： ,m o b i l em o b i l eo b s iobsm o b i l eobs m o b i l e v m o b i l e vio b s o b s ifffff (17) C. 競爭動態(tài) 在競爭態(tài)勢的運算如上面所述公式 (3)控制的。下面是最大的競爭優(yōu)勢和兩種動作的相互作用。 1) 目標：每當一個目標是存在的，競爭優(yōu)勢的參數(shù)就被設置為 0.5mobiletar ，否則設置為 0.5mobiletar 。 目標動作有能力影響和抑制避障動作，目標之間的距離和最近的目標之間的比例足以確保向目標移動的動作是無碰撞運動。這時建模為： , m i n, l i m1 (1 t a n h ( ( ) ) )2 obsm o b i l e m o b i l e m o b i l et a r o b s g a i n i tt a rdrrd (18) 其中 錯誤 !未找到引用源。 到最近障礙物的距離， 錯誤 !未找到引用源。 是一個如何快速是動作相互影響的增益常數(shù)，我們將開始抑制避障時lim 1mobileitr 表示障礙和目標之間的距離比。 2) 障礙：該障礙動作的競爭優(yōu)勢有公式（ 19)控制： 00t a n h ( )m o b i l e m o b i l em o b i l eobs m o b i l e (19) 其中 錯誤 !未找到引用源。 是障礙密度在第三節(jié) -D被定義。 這種相互作用被定義為 0,1 (1 t a n h ( ) ) (1 ) ) )2m o b i l e m o b i l et a r o b s t a r o b s (20) 第一部分 錯誤 !未找到引用源。 抑制目標動作當障礙濃度超過臨界值 錯誤 !未找到引用源。 時，最后一部分,1 mobiletar obs可以確保這只是發(fā)生在由于 錯誤 !未找到引用源。 的原因避障沒有被抑制。 D障礙密度的計算 假設一系列的距離， 錯誤 !未找到引用源。 ，移動平臺和障礙的密度 錯誤 !未找到引用源。 ，計算公式為 ,1m axi obs id (21) 此處的定義不同于 14中的 錯誤 !未找到引用源。 。公式化的主要問題是，我們不能區(qū)分 物體的相對多遠和一個對象相對多近。例如 2米外有 5個對象的密度定義成相同的密度與 40厘米的距離之外的一個對象。根據指數(shù)函數(shù)的性質在場景中的單個對象永遠不能導致 錯誤 !未找到引用源。 超 1。用于切換到避障動作的臨界值將因此必須小于 1，但一個場景中有多樣的障礙往往臨界值設置的更低。 此外，發(fā)現(xiàn)用 錯誤 !未找到引用源。 代替 錯誤 !未找到引用源。 參數(shù)調整 更容易，因為我們可以考慮其作為距離的反比密度。這也造成了當越來越接近一個障礙時密度増長非常迅速，從而可以迅速迫使動作改變。 IV.機械手的控制 我們將這個問題分成兩部分： 1) 確定機械手的運動，從當前位置到目標，同時避免障礙。 2) 計算所需刀具的逆運動的速度。 第二部分是一個很好的理解問題，這項工作可以運用在參考文獻 23中描述的逆運動學方法解決。這種方法包括機器人運動學和動力學的局限性，如關節(jié)的位置，速度和加速度的限制。此外，在此方法的基礎上，進行二次優(yōu)化獲得方法已被證明表現(xiàn)很突出。 該機械手的運 動受機器人控制的目標和障礙動作限制，為此 錯誤 !未找到引用源。 和 錯誤 !未找到引用源。 ，是相關的。由于逆運動學的輸入需要一個六維旋轉速度 , , , , ,x y zv x y z & & & &，因此這些動作必須設置一個變數(shù) , , , , ,m a n i p x y zf x y z & & & & &， 它可以集成所需的速度 錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。 (22) 其中 錯誤 !未找到引用源。 ， 錯誤 !未找到引用源。 和 錯誤 !未找到引用源。 是從目標和避障中得到的。 A. 目標動作 到目標行為的輸入是當前和所需的工具轉換 錯誤 !未找到引用源。 和 Tdes錯誤 !未找到引用源。 。從這些我們可以計算出所需的六維速度螺桿 錯誤 !未找到引用源。 。為避免要求不切實際的快速運動它的范圍是 錯誤 !未找到引用源。 和 錯誤 !未找到引用源。 ， 錯誤 !未找到引用源。 和 錯誤 !未找到引用源。 代 表最大允許的機床直線和旋轉速度。 計算 錯誤 !未找到引用源。 (23) 我們得到了當前速度預期的變化。 B. 障礙動作 作為輸入避障動作的參數(shù)，釆用當前笛卡爾速度 ,v x y z & ，釆用最近的障礙為軌道， 錯誤 !未找到引用源。 給出機械手和障礙物之間方向和距離。我們現(xiàn)在要根據到障礙物的方向和距離計算笛卡爾速度的變化，并分別用 錯誤 !未找到引用源。 和 錯誤 !未找到引用源。 表示。 1) 施力方叫：根據當前機械手的速度 V，我們計算向量 錯誤 !未找到引用源。 相互兩者之間的角度 錯誤 !未找到引用源。 為 a r c s i n iiivnvn (24) 在機械手尺寸方向變化的大小，用 (25)計算 222, 2im a n i piobscnm a n i po b s i ee & (25) 其中 錯誤 !未找到引用源。 是 repellor的數(shù)值， 錯誤 !未找到引用源。 根據距離控制衰減， 錯誤 !未找到引用源。 控制相對障礙之間的角度。 錯誤 !未找到引用源。被用于計算預期的機械手方向的改變： 錯誤 !未找到引用源。 (26) 根據所有障礙物的作用，我們可以根據障礙物的方向計算機械手運動的改變： 錯誤 !未找到引用源。 (27) 2) 動力學速度：對速度的動態(tài)控制相似于 Eq。障礙 i的作是 : 錯誤 !未找到引用源。 (28) 其中m a x , m a x ,m a x ( , )m a n i pi o b s i ikn。集合所有障礙的作用變成： 錯誤 !未找到引用源。 (29) C. 競爭動態(tài) 1) 目標動作：對于移動平臺當目標存在目標動作的競爭優(yōu)勢值設置為 0.5，否則設置為 -0.5。 當?shù)侥繕说木嚯x和最近障礙物的距離之間的比例系數(shù)超過 錯誤 !未找到引用源。 ，目標與障礙物之間的相互作用需要被重新設置，避障作用受到限制，這是有公式 (30)實現(xiàn)： 錯誤 !未找到引用源。 (30) 其中 錯誤 !未找到引用源。 是機床和目標的距離； 錯誤 !未找到引用源。 是一個如何迅速改變 錯誤 !未找到引用源。 值的增益系數(shù)。 2) 障礙：該障礙動作的競爭優(yōu)勢和在第三節(jié) -C 表述的相同 : 錯誤 !未找到引用源。 (31) 用 Eq (21)進行密度計算，但用障礙和機械手之間的距離代替障礙和移動平臺的距離。這種相互之間的作用用公式確定： 錯誤 !未找到引用源。 (32) 其中到機械手最接近目標時，,(1 )maniptar obs有助于撤銷臂章動作。 D. 收縮 收縮動作是在關節(jié)處直接運作的。通過定義， 錯誤 !未找到引用源。 ，其中 錯誤 !未找到引用源。 是指機械手原始的收縮數(shù)據配置，我們可能計算關節(jié)速度為 : 錯誤 !未找到引用源。 (33) 其中 錯誤 !未找到引用源。 是關節(jié)最大的速度， 錯誤 !未找到引用源。 為 attractor的作用參數(shù)。 V.實驗 本實驗的目的主要是展示了移動平臺和機械手的協(xié)調。以前的工作已經 展示了動力系統(tǒng)方面的方針與導航的能力通過一個環(huán)境中移動機器人 13 14和指導一個機器人繞過障礙 16。 (a)移向目標 (t=0s) (b)圖像伺服 (t=28s) (c)移動到目標位置 (t=40s) (d)完成動作 (t=72s) 圖 .3移動機器人實驗。假定環(huán)境和目標重物的角度是不變的。 在實驗中使用的平臺如圖 1所示，是由一個賽格威 RMP200和輕重量型庫卡機器人與崇德 PG70平行爪裝備組成。該平臺具有一個 SICK LMS291定位和避障裝 Unibrain Fire-iFireWire攝像頭的激光掃描儀，用于機械手瞄準并抓起目標。不幸的是我們沒有足夠的時間來連接夾持器和控制目標。因此，它僅僅是定位和準備抓。但實際上從未關閉的抓手。由于控制框架我們使用了 Microsoft Robotics Sludiol.5,這提供了一個從傳感器的各種輸入，到驅動器輸出，并確保不同的控制算法同時運作的方法。 該賽格威運動和大多數(shù)機械手運動是基于特定的笛卡爾坐標定位目標的。但是，一旦目標在 toolmourUed相機視線范圍內，機械手依靠視覺輸入指導切換。第五部分 A將會詳細闡 述視覺伺服系統(tǒng)方法，緊接著在第五部分 B中會提供測試結果。 圖 .4.檢測使用微軟機器人 SimpleVision方面的服務特征 .黑白邊邊框表示特征識別。 A. 伺服系統(tǒng) 對于最終機械手的定位是使用視覺伺服系統(tǒng)方法獲得標準圖像進行定位的。特征檢測是根據 Microsoft Robotics Studio 的 SimpleVision服務而測定的，獲得能夠識別顏色的斑點。在這些試驗中獲得結果我們用綠色標記標出，如圖 4所示。我們希望該機械手的方向是同定的，因此僅僅需要 3個自由度（自由度）的位置應該被相關的視覺輸入的影 響。這些自由度兩個是由 BLOB的定位控制，其中一個應在圖像中心位置。最后的自由度是由 BLOB的大小決定的。 B測試結果 如圖 3所示，移動機械手的任務是移動一個瓶子從圖像的桌子上移動到右邊相對的較遠的箱子里。機器人移動、機械手收縮和目標行為有關的數(shù)據關系可以在圖 5中看到。 圖 .5機械手運行時各項的比例系數(shù)表 首先移動機械手收縮和移動指令被激活引起移動平臺移向目標，同時手臂保持原始的配置裝態(tài)。經過約 7秒之內達到目標并獲得目標信號，因此機械手收縮動作被取消，機械手捕獲動作被激活。不久后， Segway動作也 被取消，讓機械手拿起無干擾的目標。然而機械手運動會異致賽格威漂移，因此要過一會知道經過 20s之后移動平臺重新被激活，在這里移動平臺又達到了預期目標的相對位置。視覺伺服指揮機械手到如圖 3 (b)所示的狀態(tài)。經過約 30秒鐘，瓶子應該被抓手拾起的和新的目標是給予，造成機械手收縮動作被重新激活而機械手捕獲動作被取消。同時移動平臺移動動作也被激活，但當機械臂被收回時移動平臺的移動動作會迅速被取消。完成之后控制移動平臺移動到所需位置放置，進而機械手被激活把目標放到箱子里。 VI.結論 本文已經介紹了如何使動態(tài)系統(tǒng)的方 法應用于移動操作。此文的主要結論包括兩個層次，其中競爭態(tài)勢是用于移動平臺的整體協(xié)調和機械手運動以及避障和目標獲取等動作。該方法首先已被證實在模擬環(huán)境中，其次也通過實際工作的驗證。 實驗用的系統(tǒng)是 Microsoft Robotics Studiol.5 (MSRS)。該系統(tǒng)最初是模擬和參數(shù)的調整，釆用模擬器進行?；谀M器的物理參數(shù)理想的轉向。整個 MSRS是一個執(zhí)行工作有益環(huán)境的平臺。雖然控制是以 20Hz被執(zhí)行的，但由于 Windows XP 的非實性，動作間會有異常值出現(xiàn)。 本文出自 2009年 IEEE國際機 器人和自動化會議論文集 參考文獻 1 H. 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