畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯系別：機(jī)電信息系專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班級：姓名：學(xué)號：外文出處：K.P.RaoandK.Sivarani；J.Mater.Proc.Technol.,1993,vol.37,pp.295-318附件：1.原文；2.譯文2013年05月多自由度步行機(jī)器人摘要在現(xiàn)實(shí)生活中設(shè)計(jì)一款不僅可以倒下而且還可以站起來的機(jī)器人靈活智能機(jī)器人很重要。本文提出了一種兩臂兩足機(jī)器人，即一個(gè)模仿機(jī)器人，它可以步行、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。基于遠(yuǎn)程控制，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)程控制使機(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是否跌倒，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，對于設(shè)計(jì)的雙足運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人具有有站起來動(dòng)作的能力是必不可少。為了建立一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)兩足自動(dòng)步行的機(jī)器人，設(shè)計(jì)中感知是站立還是否躺著的傳感器必不可少。兩足步行機(jī)器人它主要集中在動(dòng)態(tài)步行，作為一種先進(jìn)的控制問題來對待它。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)既能倒下又能站起來的機(jī)器人，機(jī)器人需要傳感系統(tǒng)就要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)要輕巧足以夠迅速作出迅速反應(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。面臨的困難是在基于視覺有腿機(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，可以通過建立遠(yuǎn)程腦的辦法。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)闄C(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。2遠(yuǎn)程腦系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制機(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。每個(gè)視覺子系統(tǒng)由平行放置的8個(gè)顯示板組成。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)男盘栒铣梢粋€(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?？刂菩盘柦o每個(gè)伺服模塊的位置參考。扭矩伺服模塊可覆蓋2Kgcm-14Kgcm的速度約0.2sec/60deg?？刂菩盘杺鬏敓o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)比特信號用來檢測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。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梢愿淖儥C(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LSI芯片（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。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.該大小的參考程序塊可達(dá)16*16像素.該大小的搜索窗口取決于參考塊的大小通常高達(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（總和絕對差）之間的參考塊和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?guī)讉€(gè)足夠的候選參考模板被選擇并跟蹤前面圖的場景相匹配。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景。它會記住一個(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象使用旋轉(zhuǎn)圖像，它可以衡量身體旋轉(zhuǎn)。為了保持身