【正文】 20] P. Jensfelt, . Christensen, Pose tracking using laser scanning and minimalistic environment models, IEEE Transactions on Robotisc and Automation, Vol. 17, No. 2, 2001, pp. 138147.[21] J. Forsberg, P. A176。oner, The dynamic approach to autonomous robotics demonstrated on a lowlevel vehicle platform. Robotics and Autonomous Systems, Vol. 21, 1997, pp. 2335.[9] E. Bicho, P. Mallet, G. Sch168。雖然控制是以20Hz被執(zhí)行的，但由于Windows XP的非實(shí)性，動(dòng)作間會(huì)有異常值出現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)用的系統(tǒng)是Microsoft Robotics （MSRS）。完成之后控制移動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)到所需位置放置，進(jìn)而機(jī)械手被激活把目標(biāo)放到箱子里。然而機(jī)械手運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致賽格威漂移，因此要過(guò)一會(huì)知道經(jīng)過(guò)20s之后移動(dòng)平臺(tái)重新被激活，在這里移動(dòng)平臺(tái)又達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)的相對(duì)位置。機(jī)器人移動(dòng)、機(jī)械手收縮和目標(biāo)行為有關(guān)的數(shù)據(jù)關(guān)系可以在圖5中看到。我們希望該機(jī)械手的方向是固定的，因此僅僅需要3個(gè)自由度（自由度）的位置應(yīng)該被相關(guān)的視覺(jué)輸入的影響。. 黑白邊邊框表示特征識(shí)別。由于控制框架我們使用了Microsoft Robotics ，這提供了一個(gè)從傳感器的各種輸入，到驅(qū)動(dòng)器輸出，并確保不同的控制算法同時(shí)運(yùn)作的方法。該平臺(tái)具有一個(gè)SICK LMS291定位和避障裝有Unibrain FireiFireWire攝像頭的激光掃描儀，用于機(jī)械手瞄準(zhǔn)并抓起目標(biāo)。以前的工作已經(jīng)展示了動(dòng)力系統(tǒng)方面的方針與導(dǎo)航的能力通過(guò)一個(gè)環(huán)境中移動(dòng)機(jī)器人[13] [14]和指導(dǎo)一個(gè)機(jī)器人繞過(guò)障礙[16]。這種相互之間的作用用公式確定： （32）其中當(dāng)機(jī)械手最接近目標(biāo)時(shí)，有助于撤銷(xiāo)臂章動(dòng)作。障礙i的作用是： （28）其中。作為輸入避障動(dòng)作的參數(shù)，采用當(dāng)前笛卡爾速度，采用最近的障礙為軌道，給出機(jī)械手和障礙物之間方向和距離。到目標(biāo)行為的輸入是當(dāng)前和所需的工具轉(zhuǎn)換和。這種方法包括機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的局限性，如關(guān)節(jié)的位置，速度和加速度的限制。這也造成了當(dāng)越來(lái)越接近一個(gè)障礙時(shí)密度增長(zhǎng)非常迅速，從而可以迅速迫使動(dòng)作改變。例如2米外有5個(gè)對(duì)象的密度定義成相同的密度與40厘米的距離之外的一個(gè)對(duì)象。2）障礙：該障礙動(dòng)作的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)有公式（19）控制： （19）其中是障礙密度在第三節(jié) D被定義。下面是最大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)和兩種動(dòng)作的相互作用。（三）另一個(gè)比例系數(shù) 根據(jù)到障礙的方向而定的，并運(yùn)用確保兩障礙間的attractor產(chǎn)生，如果機(jī)器人可以在確保安全距離DS下通過(guò)。要使獲得這些數(shù)據(jù)集成得到v，連同所需的旋轉(zhuǎn)速度時(shí)，車(chē)輪直徑和車(chē)輪之間的距離可以用數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)計(jì)算控制輸入： （9） （10）這里車(chē)輪需要的速度差被定義為： （12）:捕獲目標(biāo)動(dòng)作的基本動(dòng)力是： (13) (14)其中和是吸引子的優(yōu)勢(shì)參數(shù)和表示運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)的方向。我們所使用的方法是基于參考文獻(xiàn)[20]中論述的方法，它運(yùn)用里程計(jì)和激光測(cè)距相結(jié)合對(duì)所在環(huán)境中地圖的主導(dǎo)線匹配測(cè)量。緊接著除走廊和墻壁避障不包括在內(nèi)，但將沿直線擴(kuò)展。由于機(jī)械手收縮和移動(dòng)動(dòng)作的聯(lián)系，當(dāng)機(jī)械手原理自動(dòng)巡航裝置時(shí)我們希望能夠取消停止移動(dòng)。2）機(jī)械手捕獲目標(biāo)：當(dāng)移動(dòng)平臺(tái)接近他的目標(biāo)時(shí)，機(jī)械手捕獲目標(biāo)的動(dòng)作應(yīng)該別加強(qiáng)。1）移動(dòng)：在移動(dòng)平臺(tái)遠(yuǎn)離目標(biāo)時(shí)它的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)應(yīng)該被加強(qiáng)；當(dāng)目標(biāo)被捕獲時(shí)移動(dòng)平臺(tái)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)應(yīng)該被降低。. 控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)用、和分別代表機(jī)械手移動(dòng)、機(jī)械手捕獲和機(jī)械手收縮行為的影響，控制信號(hào)和通過(guò)（1）（2）移動(dòng)平臺(tái)和機(jī)械手。運(yùn)用競(jìng)爭(zhēng)動(dòng)態(tài)的動(dòng)作被混合在一起是為了做出移動(dòng)平臺(tái)希望得到的指定的移動(dòng)動(dòng)作。 [18]中介紹到使用Hopf振蕩器產(chǎn)生一個(gè)定時(shí)的軌跡，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手可以接住從桌子上面滾下來(lái)的球。 [15]提供了一個(gè)為速度性能簡(jiǎn)短的策略討論。每個(gè)行為的影響是控制使用一個(gè)相關(guān)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，再加上定義的行為之間有競(jìng)爭(zhēng)力的相互作用，控制重物。傳感器的魯棒性在人聲嘈雜中顯示[9]和[10]其中一個(gè)是由紅外傳感器和麥克風(fēng)的結(jié)合，當(dāng)避障和目標(biāo)獲取時(shí)使用。 這些通過(guò)向量場(chǎng)的簡(jiǎn)單的加法被結(jié)合在一起來(lái)完成系統(tǒng)的整體動(dòng)作。在第五部分我們?cè)诮Y(jié)束本文之前將顯示一些實(shí)驗(yàn)。它分為兩個(gè)層次，其中我們?cè)谳^低的水平，并考慮到移動(dòng)平臺(tái)作為兩個(gè)獨(dú)立的實(shí)體，然后再以安全的方式結(jié)合在上層操縱者。當(dāng)控制移動(dòng)機(jī)械臂系統(tǒng)時(shí),有一個(gè)選擇是是否考慮一個(gè)或兩個(gè)系統(tǒng)的實(shí)體。這就需要增強(qiáng)服務(wù)業(yè)的自動(dòng)化程度，因此機(jī)器人能夠在室內(nèi)動(dòng)態(tài)環(huán)境中安全的工作是最基本的。I介紹在過(guò)去的幾十年里大多數(shù)機(jī)器人的研究主要關(guān)注在移動(dòng)平臺(tái)或操作系統(tǒng)，并且在這兩個(gè)領(lǐng)域取得了許多可喜的成績(jī)。畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）外文翻譯題 目 機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)與控制的研究 系部名稱(chēng)： 機(jī)械工程系 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 機(jī)自 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 教師職稱(chēng)： 2011年03月20日2009年IEEE國(guó)際機(jī)器人和自動(dòng)化會(huì)議神戶(hù)國(guó)際會(huì)議中心日本神戶(hù)1217,2009機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)與控制的研究拉斯彼得Ellekilde摘要操作器和移動(dòng)平臺(tái)的組合提供了一種可用于廣泛應(yīng)用程序高效靈活的操作系統(tǒng),特別是在服務(wù)性機(jī)器人領(lǐng)域。該方法是一種二級(jí)方法, 是使用競(jìng)爭(zhēng)動(dòng)力學(xué)對(duì)于統(tǒng)籌協(xié)調(diào)優(yōu)化移動(dòng)平臺(tái)以及較低層次的融合避障和目標(biāo)捕獲行為的方法。 大多數(shù)西方國(guó)家的人口統(tǒng)計(jì)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(shí)際的支持他們。庫(kù)卡工業(yè)機(jī)器人具有較長(zhǎng)的長(zhǎng)臂和高有效載荷比自身的重量,從而使其適合移動(dòng)操作。這種控制系統(tǒng)的提出是基于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)方法[5],[6]。第二部分介紹系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),其次是機(jī)械手末端移動(dòng)平臺(tái)的控制在第三第四部分講述。 每個(gè)動(dòng)作通過(guò)一套一個(gè)非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的attractors和repellors來(lái)完成。成本相對(duì)較低的計(jì)算與方法有關(guān)，使得它在動(dòng)態(tài)環(huán)境中在線控制適宜，允許它即使在相當(dāng)?shù)偷乃接邢薜挠?jì)算能力平臺(tái)[8]實(shí)施。為了克服這個(gè)問(wèn)題[12]介紹了一種基于競(jìng)爭(zhēng)動(dòng)態(tài)的行為比重。 [13]是只在有標(biāo)題方向的車(chē)輛上使用，而在[14]中航向和速度均得到控制。 [17]展現(xiàn)出不同形狀的極限環(huán)是如何產(chǎn)生的，其可運(yùn)用于避障軌跡的生成。在賽格威平臺(tái)中為了控制移動(dòng)平臺(tái)，兩個(gè)低級(jí)別的性能被使用：一個(gè)用于目標(biāo)捕獲和另一個(gè)是避障。最后融合是以一個(gè)安全的方式把所有的控制結(jié)合在一起，這樣一來(lái)目標(biāo)捕獲和收回行為不互相干擾，另外移動(dòng)平臺(tái)在不開(kāi)始朝著新的目標(biāo)之前，移動(dòng)機(jī)械手已被收回。動(dòng)力系統(tǒng)采用（3）因此給予： （3）其中是b和r競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)產(chǎn)生的參數(shù)，b是和b相互競(jìng)爭(zhēng)作用的參數(shù)。移動(dòng)的行為，沒(méi)有能力進(jìn)行互動(dòng)，并抑制其他行為，因此它的競(jìng)爭(zhēng)性相互作用被設(shè)置為0。3）機(jī)械手收縮：收回動(dòng)作應(yīng)該被激活當(dāng)對(duì)面目標(biāo)被捕獲之后，因此 （6）要有一個(gè)非常小的過(guò)渡時(shí)間，這可以防止在同一時(shí)間活動(dòng)的機(jī)械臂捕獲和收縮動(dòng)作，因此，我們可以設(shè)置。剛開(kāi)始時(shí)目標(biāo)捕獲和避障指令被使用。為了使控制系統(tǒng)能夠根據(jù)具體的環(huán)境進(jìn)行導(dǎo)航。作為控制輸入我們需要一個(gè)表達(dá)式對(duì)移動(dòng)平臺(tái)的左右輪進(jìn)行控制，這里用和，分別作為左，右側(cè)車(chē)輪的表達(dá)參數(shù)。假定一個(gè)距離，方向參數(shù)表示機(jī)械手到第i個(gè)障礙的方向，在避障的動(dòng)力學(xué)中用公式（15）（16）表示如下： (15) (16)其中動(dòng)態(tài)參數(shù)包括三個(gè)要素：（一）障礙物的相對(duì)方向，（二）比例系數(shù)，其中根據(jù)距離決定衰減的程度。運(yùn)用公式（17）獲取我們總結(jié)所有障礙的值： （17）在競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)的運(yùn)算如上面所述公式（3）控制的。這時(shí)建模為： （18）其中到最近障礙物的距離，是一個(gè)如何快速是動(dòng)作相互影響的增益常數(shù)，我們將開(kāi)始抑制避障時(shí)表示障礙和目標(biāo)之間的距離比。公式化的主要問(wèn)題是，我們不能區(qū)分物體的相對(duì)多遠(yuǎn)和一個(gè)對(duì)象相對(duì)多近。此外，發(fā)現(xiàn)用代替參數(shù)調(diào)整更容易，因?yàn)槲覀兛梢钥紤]其作為距離的反比密度。第二部分是一個(gè)很好的理解問(wèn)題，這項(xiàng)工作可以運(yùn)用在參考文獻(xiàn)[23]中描述的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方法解決。由于逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的輸入需要一個(gè)六維旋轉(zhuǎn)速度，因此這些動(dòng)作必須設(shè)置一個(gè)變數(shù)，它可以集成所需的速度 （22）其中，和是從目標(biāo)和避障中得到的。計(jì)算 （23）我們得到了當(dāng)前速度預(yù)期的變化。被用于計(jì)算預(yù)期的機(jī)械手方向的改變： （26）根據(jù)所有障礙物的作用，我們可以根據(jù)障礙物的方向計(jì)算機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的改變： （27）2）動(dòng)力學(xué)速度：對(duì)速度的動(dòng)態(tài)控制相似于Eq。2）障礙：該障礙動(dòng)作的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)和在第三節(jié) C表述的相同： （31）用Eq（21）進(jìn)行密度計(jì)算，但用障礙和機(jī)械手之間的距離代替障礙和移動(dòng)平臺(tái)的距離。本實(shí)驗(yàn)的目的主要是展示了移動(dòng)平臺(tái)和機(jī)械手的協(xié)調(diào)。在實(shí)驗(yàn)中使用的平臺(tái)如圖1所示，是由一個(gè)賽格威RMP200和輕重量型庫(kù)卡機(jī)器人與崇德PG70平行爪裝備組成。但實(shí)際上從未關(guān)閉的抓手。第五部分A將會(huì)詳細(xì)闡述視覺(jué)伺服系統(tǒng)方法，緊接著在第五部分B中會(huì)提供測(cè)試結(jié)果。在這些試驗(yàn)中獲得結(jié)果我們用綠色標(biāo)記標(biāo)出，如圖4所示。如圖3所示，移動(dòng)機(jī)械手的任務(wù)是移動(dòng)一個(gè)瓶子從圖像的桌子上移動(dòng)到右邊相對(duì)的較遠(yuǎn)的箱子里。不久后，Segway動(dòng)作也被取消，讓機(jī)械手拿起無(wú)干擾的目標(biāo)。同時(shí)移動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)動(dòng)作也被激活，但當(dāng)機(jī)械臂被收回時(shí)移動(dòng)平臺(tái)的移動(dòng)動(dòng)作會(huì)迅速被取消。該方法首先已被證實(shí)在模擬環(huán)境中，其次也通過(guò)實(shí)際工作的驗(yàn)證。 整個(gè)MSRS是一個(gè)執(zhí)行工作有益環(huán)境的平臺(tái)。oner, M. Dose, C. Engels, Dynamics of behavior: theory and applications for autonomous robot architecture. Robotics and Autonomous Systems, Vol. 16, 1995, pp. 213245.[7] O. Khatib, RealTime Obstacle Avoidance for Manipulators and Mobile Robots. The International Journal of Robotics Research, Vol. 5, No. 1, 1986, pp. 9098.[8] E. Bicho, G. Sch168。oner, Autonomous reaching and obstacle avoidance with the anthropomorphic arm of a robotics assistant using the attractor dynamics approach, Proceedings of ICRA’04, 2004, pp. 42954300.[17] . Ellekilde, . Perram, Tool Center Trajectory Planning for Industrial Robot Manipulators Using Dynamical Systems, The International Journal of Robotics Research, Vol. 24, No. 5, 2005, pp. 385396.[18] C. Santos, M. Ferreira, Ball Catching by a Puma Arm: a Nonlinear Dynamical Systems Approach, Proceedings of IROS’06, 2006, [19] I. Iossifidic, G. Sch168。B. Obstacle DynamicsGiven a distance and a direction to the i’th obstacle, the dynamics of the obstacle avoidance are (15) (16)Where The dynamics of consists of 3 elements: (i) The relative direction to the obstacle ，(ii) a scale in which determines the decay depending of the distance, ，an