畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )外文資料翻譯 系 部 : 機(jī)械工程系 專 業(yè) : 機(jī)械工程及自動(dòng)化 姓 名 : 學(xué) 號(hào)： 外文出處： 附 件： 附件 1：外文翻譯 指導(dǎo)教師評(píng)語： 簽名： 年 月 日 可以行走 、 翻身并站 立的有兩手和兩足的 機(jī)器人 摘要 在 實(shí)踐 中把注意力集中在靈活性和智能反應(yīng)，更重要的是 創(chuàng)想 ，不是一個(gè)不會(huì)倒下 的 機(jī)器人， 而 是一個(gè) 倒下來可以站起來的 機(jī)器人 。 本文提出了一種兩個(gè) 手臂的兩 足 機(jī)器人， 即 一個(gè) 模仿 機(jī)器人，它可以兩足步行 、 滾動(dòng)和站起來。該機(jī)器人由一個(gè)頭，兩個(gè)胳膊和兩條腿 組成 ?；谶h(yuǎn)程腦 ，設(shè)計(jì)了 雙足機(jī)器人 的 控制系統(tǒng)， 解決了 機(jī)器人大腦內(nèi)的機(jī)構(gòu) 無法與 無線電聯(lián)系 的問題 。這種遠(yuǎn)程腦使機(jī)器人具有強(qiáng)大 的計(jì)算 頭腦 和有多個(gè)關(guān)節(jié)輕盈的身 體 。該機(jī)器人能夠保持平衡 并 長期使用跟蹤視覺，通過 一組垂直傳感器檢測(cè)是否 跌倒或沒跌倒 ，并 通過 兩個(gè) 手臂 和兩條腿 履行起立動(dòng)作 。 用 實(shí)際例子 對(duì) 所開發(fā)的系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了描述 。 1 引 言 隨著人類兒 童的娛樂 ， 為了 了解雙足運(yùn)動(dòng) ，有 站起來動(dòng) 作的能力 是必不可少的 。為了建立一個(gè)試圖了解 兩足 自動(dòng) 步行 的機(jī)器人 ，該機(jī)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)有 為了支 持起 立 結(jié)構(gòu)以及 為了 知道是否 躺著 或不 是的 傳感器。 當(dāng)雙足機(jī)器人 有手臂時(shí) ，它可以執(zhí)行各種行為以及步行。研究兩足步行機(jī)器人已提出 并 實(shí)現(xiàn) 了 123 。它主要集中在動(dòng)態(tài)步行，作為一種先進(jìn)的控制問題 來對(duì)待它 345 。然而， 在現(xiàn)實(shí)世界中 把注意力集中在智能反應(yīng)，更重要的是 創(chuàng)想 ，而不是一個(gè)不會(huì)倒下 的 機(jī)器人，是一個(gè) 倒下來可以站起來的 機(jī)器人 。 為了建立一個(gè)如果它 倒下 可以站起來 的機(jī)器人 ，機(jī)器人需要傳感系統(tǒng) 為了 保持身體平衡，并知道它是否 跌倒 或沒有 跌倒 。雖然 視覺 是一個(gè)機(jī)器 人最重要的遙感功能， 但由于 視覺系統(tǒng)規(guī)模和實(shí)力 的 限制 ， 建立一個(gè)強(qiáng)大的視覺系統(tǒng) 在 機(jī)器人 自 己的身體 上是困難的 。如果我們 想進(jìn)一步 要求動(dòng)態(tài)反應(yīng)和智能推理經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上基于視覺的機(jī)器人行為 研究 ， 那么 機(jī)器人機(jī)構(gòu)要輕巧 以足夠 迅速作出反應(yīng)，并有許多自由度 為了 顯示驅(qū)動(dòng)各種智能行為。 至于 有 腿機(jī)器人 678， 只有一個(gè) 以 視覺為基礎(chǔ)的 小小的研究 9。所面臨的困難是 在推進(jìn)基于視覺的 有 腿機(jī)器人實(shí)驗(yàn)研究 上由 硬件的 顯示所限制 。在有限的硬件 基礎(chǔ)上 是很難繼續(xù)發(fā)展先進(jìn)的視覺軟件。為了解決這些問題 和 推進(jìn)基于視覺的行 為 研究 ，我們已經(jīng)通過建立 遠(yuǎn)程腦的機(jī)器人 采取 了一項(xiàng)新的辦法。身體和大腦相連的無線鏈路使用無線照相機(jī)和遠(yuǎn)程控制機(jī)器人 ，因?yàn)?機(jī) 體 并不需要電腦板， 所以 它變得更加容易建立一個(gè) 有 許多自由度驅(qū)動(dòng) 的 輕盈機(jī)身。 在這項(xiàng)研究中，我們制定了 一個(gè) 使用遠(yuǎn)程腦機(jī)器人的環(huán)境 并且 使 它 執(zhí)行平衡 的視覺 和起 立的手扶兩足機(jī)器人， 通過胳膊和腿 的 合作，該系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明如下。 圖 1 遠(yuǎn)程腦系統(tǒng)的硬件配置 圖 2 兩組機(jī)器人的身體結(jié)構(gòu) 2 遠(yuǎn)程腦系統(tǒng) 遠(yuǎn)程腦的機(jī)器人不使 用 自己大腦內(nèi)的機(jī)構(gòu)。它 留 大腦 在控制系統(tǒng)中并且 與它 用無線電聯(lián)系。這使我們能夠建立一個(gè) 自 由的 身體和沉重大腦 的機(jī)器人 。身體和大腦的定義軟件和硬件之間連接的接口。 身體 是為了適應(yīng)每個(gè)研究項(xiàng)目和任務(wù) 而設(shè)計(jì)的 。這使我們提前進(jìn)行研究各種 真 實(shí)機(jī)器人系統(tǒng) 10。 一個(gè)主要利用遠(yuǎn)程腦機(jī)器人是基于超級(jí)并行計(jì)算機(jī) 上 有一個(gè)大型及重型顱腦。雖然硬件技術(shù) 已經(jīng)先進(jìn)了 并擁有生產(chǎn)功能強(qiáng)大的緊湊型視覺系統(tǒng)的規(guī)模， 但是 硬件仍然很大。攝像頭和 視覺 處理器的 無線連接已經(jīng)成為一種 研究工具。遠(yuǎn)程腦的做法使我們 在基于 視覺機(jī)器人 技術(shù) 各種實(shí)驗(yàn)問題 的研究上 取得進(jìn)展 。 另一個(gè)遠(yuǎn)程腦的做法 的優(yōu)點(diǎn) 是機(jī)器人 機(jī)體 輕巧。這開辟了 與有 腿移動(dòng)機(jī)器人 合作的 可能性。 至于動(dòng)物，一個(gè)機(jī)器人有 4 個(gè)可以行走 的 四肢 。 我們的重點(diǎn)是基于視覺的適應(yīng)行為的 4 肢機(jī)器人 、 機(jī)械動(dòng)物，在外地 進(jìn)行試驗(yàn) 還沒有太 多 的 研究 。 大腦 是 提出的 在 母 體 環(huán)境中 通過接代遺傳 。大腦和母 體 可以分享新設(shè)計(jì)的機(jī)器人。 一個(gè)開 發(fā) 者 利用環(huán)境可以集中精力 在大腦 的功能設(shè)計(jì) 上 。對(duì)于機(jī)器人的大腦被 提出 在 一個(gè)母 體 的環(huán)境，它可以直接受益于母 體 的 演變 ，也就是說 當(dāng) 母 體升級(jí)到一個(gè)更強(qiáng)大的計(jì)算機(jī) 時(shí) 該軟件容易獲得 權(quán)利 。 圖 1 顯示了遠(yuǎn)程腦系統(tǒng) 由 大腦基地，機(jī)器人的身體和大腦體界面 組成 。在 遠(yuǎn)程腦辦法 中 大腦和身體 接觸面之間的設(shè)計(jì)和性能 是關(guān)鍵。我們目 前的執(zhí)行情況采取了完全遠(yuǎn)程腦的辦法，這意味著該機(jī) 體上 沒有電腦 芯片 。目前系統(tǒng)由視覺子系統(tǒng)，非視覺傳感器子系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng) 組成 。一個(gè) 障礙物 可以從機(jī)器人機(jī) 體的 攝像機(jī)上 接收視頻信號(hào)。 每個(gè)視覺 子系統(tǒng) 由平 行 放置的 8 個(gè) 顯示 板 組成 。 一 個(gè)機(jī)體僅 有一個(gè)運(yùn)動(dòng)指令信號(hào)和 傳輸 傳感器的信號(hào) 的接收器 。該傳感器 信息從 視頻發(fā)射機(jī) 傳輸 。 傳輸 其他傳感器的信息 是可能的 ，如觸摸和伺服錯(cuò)誤通過視頻傳輸?shù)男盘?hào)整合成一個(gè)視頻圖像 11 。該驅(qū)動(dòng)器是包括一個(gè)模擬伺服電路和接收 安置器的連接 模 塊 。離子參考價(jià)值 來自于動(dòng)作 接收器。該 動(dòng)作 控制子系統(tǒng)可以通過 13個(gè)波段處理多達(dá) 104 個(gè)驅(qū)動(dòng)器和每 20 兆秒 發(fā)送參考價(jià)值的所有驅(qū)動(dòng)器。 3 兩個(gè) 手和足的 機(jī)器人 圖 2 顯示 了 兩個(gè) 手和足的 機(jī)器人 的 結(jié)構(gòu) 。 機(jī)器人 的 主要電力組成部分 是連接著伺服驅(qū)動(dòng)器控 、 制信號(hào)接收器定位傳感器，發(fā)射機(jī)，電池驅(qū)動(dòng)器 ， 傳感器和一個(gè)攝像頭，視頻發(fā)射機(jī) ， 沒有電腦板。伺服驅(qū)動(dòng)器包括一個(gè)齒輪傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)和伺服電路模擬的方塊?？刂菩盘?hào)給每個(gè)伺服模塊的位置參考。扭矩伺服模塊可覆蓋 21 4速度約 0 0制信號(hào)傳輸無線 電 路編碼 的 8 個(gè)參考值。該機(jī)器人 在 圖 2 中有兩個(gè)接收器模 塊 在芯片上以 控制 16 個(gè)驅(qū)動(dòng)器。 圖 3 說明了方向傳感器使用了一套垂直開關(guān)。垂直開關(guān)是水銀開關(guān)。當(dāng)水銀開關(guān)（ a）是傾斜 時(shí) ，下拉關(guān)閉的汞之間接觸 的 兩個(gè)電極。方向傳感器安裝兩個(gè)汞開關(guān)，如 圖 顯示在（ b）項(xiàng)。該交換機(jī)提供了兩個(gè)比特信號(hào) 用來 檢測(cè) 4 個(gè)方向的傳感器 如圖 所示 在 （ c）項(xiàng)。該機(jī)器人具有在其胸部 的 傳感器 并且 它可以區(qū)分四個(gè)方向 ：面 朝上 ，面朝下， 站立 和顛倒。 該機(jī) 體 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和模擬 在 母親環(huán)境 下 。該 機(jī)體的 運(yùn)動(dòng)學(xué)模型 是被 描述面向 一個(gè) 口齒不清 的對(duì)象 ，這使我們能夠描述幾何實(shí)體模型和窗口界面設(shè)計(jì)的行為。 圖 3 傳感器的兩個(gè)水 銀定位開關(guān) 圖 4 顯示遠(yuǎn)程腦機(jī)器人 的一些環(huán)境項(xiàng)目分類 。 這些分類為 擴(kuò)大發(fā)展各種機(jī)器人提供了豐富的 平臺(tái) 。 圖 4 層次分類 4 基于視覺的平衡 該機(jī)器人可以 用 兩條腿站起來。因?yàn)樗梢愿淖?機(jī)體的 重心，通過控制踝關(guān)節(jié)的角度，它可以進(jìn)行靜態(tài) 的兩足行走 。如果地面不平整 或不 穩(wěn)定 ， 在靜態(tài)步行 期間機(jī)器人 必需 控制 她的 身體平衡 。 為了視覺平衡 和 保持移動(dòng) 平穩(wěn)，它要有 高速 的 視覺系統(tǒng)。我們已經(jīng)用相關(guān)的芯片 13制定了一項(xiàng)跟蹤視覺板。 這個(gè)視覺板 由 帶著 特別 片（電位 14 ：運(yùn)動(dòng)估計(jì)處理器） 擴(kuò)張轉(zhuǎn)換器組成 ， 與 執(zhí)行本地圖 像塊匹配。 圖 5 保持人類機(jī)器人的平衡行為 該 輸入 處理器是作為參考 程序 塊和一個(gè)圖像搜索 窗口形象 小的參考 程序塊 可 達(dá) 16*16 像素 小的搜索窗口取決于參考?jí)K 的大小 通常高達(dá) 32*32 像素，以便它能夠包括 16 * 16 且匹配 。該處理器計(jì)算價(jià)值 256 薩赫勒（總和絕對(duì)差）之間的參考?jí)K和 256 塊在搜索窗口，還 找到 最佳匹配塊，這就是其中的最低薩赫勒價(jià)值。 當(dāng) 目標(biāo) 平移時(shí) 塊匹配是非常 有力 的 。 然而，普通的塊匹配方法 當(dāng) 它旋轉(zhuǎn) 時(shí) 無法跟蹤目標(biāo)。為了克服這一困難，我們開發(fā)了一種新方法， 跟隨真正旋轉(zhuǎn)目標(biāo)的 候選模板。旋轉(zhuǎn)模 板法首先生成所有目標(biāo)圖像旋轉(zhuǎn)， 并且 幾個(gè)足夠的候選參考模板 被 選擇 并 跟蹤 前面圖的場(chǎng)景相匹配 。 圖 5 展示了一個(gè)平衡實(shí)驗(yàn)。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中機(jī)器人站在傾斜的木板上。機(jī)器人視覺跟蹤著前面的場(chǎng)景。 它會(huì)記住一個(gè)物體垂直方向作為視覺跟蹤 的參照 并產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)圖像的參考 圖 象。如果 視覺跟蹤 的參考對(duì)象使用旋轉(zhuǎn)圖像，它可以衡量身體旋轉(zhuǎn)。為了保持身體平衡，機(jī)器人的反饋控制其身體旋轉(zhuǎn)來控制中心機(jī) 體 的重 心 。旋轉(zhuǎn)視覺跟蹤 15可以跟蹤視頻圖像率。 圖 6 雙足步行 圖 7 雙足步行實(shí)驗(yàn) 5 雙足步行 如果 一個(gè)雙足機(jī)器人 可以自由 的 控制機(jī) 器人的重心，它可以執(zhí)行雙足行走。展示在圖 7 的 機(jī)器人在腳踝的位置 有 以左 和以右的角度 ，它可以在 特定 的方式 下 執(zhí)行雙足行 走 。 該一個(gè)周期 的一系列運(yùn)動(dòng) 由八個(gè)階段 組成，如圖 6 所示 。一個(gè)步驟包括四個(gè)階段 ;移動(dòng) 腳的 重力中心 ，抬 腿， 向前移動(dòng) ， 換 腿。由于身體 被描述用 實(shí)體模型，根據(jù)重心參數(shù)機(jī)器人可以產(chǎn)生一個(gè)機(jī)構(gòu)配置移動(dòng)重力中心。這一運(yùn)動(dòng)后，機(jī)器人可以 抬起另一條 腿 并且 向前 走 。在 抬 腿 過程中 機(jī)器人 必須操縱機(jī)構(gòu) 配置，以保持支持腳 上的重心 。依賴于重心 的高度 作為平衡 的穩(wěn)定性 ，機(jī)器人選擇合適 的膝蓋 角度 7 顯示了一系列雙足機(jī)器人行走 的實(shí)驗(yàn) 。 圖 8 一系列滾動(dòng)和站立運(yùn)動(dòng) 6 滾動(dòng)和 站立 圖 8 顯示 了一系列 滾動(dòng)，坐著 和 站起來 的動(dòng)作 。這 個(gè) 動(dòng) 作 要求胳膊和腿之間的協(xié)調(diào) 。 由于步行機(jī)器人 有 一個(gè)電池，該機(jī)器人可使用電池的 重量做 翻轉(zhuǎn)動(dòng)作。當(dāng)機(jī)器人 抬起 左腿， 向后移動(dòng) 左臂 且 右臂向前，它可以 得到機(jī)體周圍的 旋轉(zhuǎn) 力矩 。如果身體開始轉(zhuǎn)動(dòng)，右腿 向 后 移動(dòng)并且 左腳 依賴臉部返 回 原來位置 。翻滾運(yùn)動(dòng)身體的變化方向從 仰視到俯視 。它可 通過 方向傳感器核查。 得到正面朝下的方向 后 ， 向下 移動(dòng)機(jī)器人的 手臂 以坐 在 兩 個(gè)腳上 。這 個(gè)動(dòng)作引起了 雙手和地面 之間的滑動(dòng) 。如果手臂 的長度 不夠 達(dá)到在腳 上的身體重心 ，這 個(gè)坐的運(yùn)動(dòng) 要求 有手臂來推動(dòng)運(yùn)動(dòng) 。 站立運(yùn)動(dòng)是被控制的 ，以保持平衡。 圖 9 雙足步行機(jī)器人的使用功能 7 通過 集成傳感器網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型 的綜合 為了使 上述描述的 基本動(dòng) 作成為一體 ，我們通過一種方法來描述一種被認(rèn)為是根據(jù)傳感器 狀況 的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型 。 圖 9 顯示 了綜合了基本動(dòng)作機(jī)器人的 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖：兩足行 走 ，滾動(dòng)，坐著 和 站 立 。這種一體化提供了機(jī)器人 保持行走甚至跌倒時(shí) 的能力。 普通的雙足行 走 是由兩 步組成 ， 連續(xù)的 左腿 在前 和右腿 在前。這個(gè)姿勢(shì)依賴于背部和臉部和站立是一樣的 。也就是說，機(jī)器人 的機(jī)體 形狀 是相同的，但方向是不同的。 該機(jī)器人可以探測(cè)機(jī)器人是否 依賴于 背 部 或面 部 使用方向傳感器。當(dāng)機(jī)器 人 發(fā)覺跌倒時(shí) ，它改變了 依賴于背部或腹部通過移動(dòng)不確定姿勢(shì)的狀況 。如果機(jī)器人依賴于背部起來 ， 一系 列的動(dòng) 作將被 計(jì)劃執(zhí)行 ：翻轉(zhuǎn) 、 坐下和 站立動(dòng)作 。如果 這種情況是依賴于臉部 ，它不執(zhí)行 翻轉(zhuǎn)而是移動(dòng)手臂執(zhí)行坐的動(dòng)作 。 8 結(jié)束語 本文提出了 一個(gè) 兩 手臂的 可以執(zhí)行靜態(tài)雙足行走， 翻轉(zhuǎn) 和站 立動(dòng)作的機(jī)器人 。建立這種行為 的關(guān)鍵 是遠(yuǎn)程腦 方 法。 正 如實(shí)驗(yàn)表明，無線技術(shù) 允許 機(jī) 體 自由 移動(dòng) 。這似乎也改變我們概念化機(jī)器人 的一種方式 。在 我們的實(shí)驗(yàn)室已經(jīng) 發(fā)展 一種新的研究環(huán)境，更適合于機(jī)器人和真實(shí)世界的人工智能。 這里提出的 機(jī)器人 是一個(gè) 有腿的 機(jī)器人。同樣 有 腿的運(yùn)動(dòng) ， 需要?jiǎng)討B(tài)的視覺反饋控制，其 視覺裝置的 行為可以證明視覺系統(tǒng)和遠(yuǎn)程腦系統(tǒng) 的效果 。我們的視覺系統(tǒng)是基于高速塊匹配功能實(shí)施 大規(guī)模集成電路 的運(yùn)動(dòng)估 算 。視覺系統(tǒng)提供了 與人交往作用的 機(jī) 體 活力和適應(yīng)能力 。 機(jī)械狗表現(xiàn)出 建立在跟蹤測(cè)距 的基礎(chǔ)上的 適應(yīng)行為 。機(jī)械類人猿已經(jīng)表明跟蹤和記憶的視覺功能 和它們?cè)?互動(dòng)行為 上的綜合 。 一個(gè)兩手臂 機(jī)器人 的研究為 智能機(jī)器人研究提供了一個(gè)新的領(lǐng)域 。 因?yàn)樗母?種行為可能造成 一個(gè)靈活的機(jī)體 。遠(yuǎn)程腦 方 法將支持以學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)行為 的 研究領(lǐng)域。下一個(gè) 研究 任務(wù)包括：如何借鑒人類行為以及如何讓機(jī)器人提高自身的 學(xué)術(shù)行為。 參考文獻(xiàn) ： 略 附件 2：外文原文 113 on in it is to a t a up if it a on a an of a of is on in a it by a to a a in it or by a of up 1 s it is to of up in to In to a to be to to up as as to it or a it as as on 23on in it as an in 45on in it is to a t a up if it In to a up if it to to it or is of of a it is to a a on of of a If we to on on to be to in to a of As 6 7 8,is a on . in by of It is to in In to of we a by by a it to a in In we a it to on up 2 he It in it by us to a a a to us in a of 0. A of is a on of is a us to in of a of in of is be up of As if a it We on in a as is in be A on of a is in a it s is to a of of In of is a no of A on of A a a is a It is to as by a 1. is a an a up 04 3 to 03 of of an a a is no A a in to is of 140