【正文】 雙端口 RAM 解決了數(shù)據(jù)交換的速度問題，而且 FPGA 的靈活可配置性也使得該雙端口 RAM 易于修改和升級。 路徑規(guī)劃的具體步驟 利用遺傳算法 [7]進(jìn)行路徑規(guī)劃時，一般包含：環(huán)境建模，編碼，群體初始化，確定適應(yīng)度函數(shù)（ fitness function），遺傳操作。 ② 直線段距離障礙物 do≤ ds； ③ 直線段遠(yuǎn)離障礙物 do ds 。 （ 6） ? 變異算子 變異過程中，個體中的分量以很小的概率或步長產(chǎn)生轉(zhuǎn)移。本文中的遺傳算法基于坐標(biāo)值對染色體編碼，很好的利用了地圖中的信息，提高了算法的收斂速度。 這里選擇分割點(diǎn)的原則是： 選擇 gi 為 1 時對應(yīng)的變化點(diǎn)作為 1 號父個體的第一分割點(diǎn)，選擇緊隨該點(diǎn)之后使得 gi為 1 的點(diǎn)作為第 2分割點(diǎn)。該函數(shù)的構(gòu)造如下： (1) 在函數(shù)中 a1， a2 是權(quán)重系數(shù)，分別強(qiáng)化了不同指標(biāo)的重要性。 機(jī)器人路徑規(guī)劃算法 [4][5][6]的方法很多，除了上面介紹的常見的路徑規(guī)劃方法外，還有基于蟻群算法的路徑規(guī)劃，基于微粒群算法的路徑規(guī)劃，結(jié)合模擬退火算法的遺傳算法等。綜上上述， DSP 與 FPGA 之間需要交換的數(shù)據(jù)如下： (1)每隔 50ms 的時間， FPGA 向 DSP 發(fā)送從增量式編碼器反饋處理后的六組位置量，每組位置為 32 數(shù)據(jù)。此時柔輪由原來的圓形而變成橢圓形，橢圓長軸兩端的柔輪與之配合的剛輪齒則處于完全嚙合狀態(tài)，即柔輪的外齒與剛輪的內(nèi)齒沿齒高嚙合。 表 1 各種驅(qū)動方式的比較 現(xiàn)代氣動機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu)由感知部分、控制部分、主機(jī)部分和執(zhí)行部分四個部分組成。液壓驅(qū)動機(jī)械手多用于要求臂力較大而運(yùn)動速 度較低的工作場合。這兩個規(guī)范為機(jī)器人感知系統(tǒng)層次間的合作提供了便利。保證了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，降低了維修率。該機(jī)器手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)、升降采用液壓驅(qū)動控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型?；谇樾蔚囊?guī)劃適用于較為復(fù)雜但相對固定的環(huán)境 ,因為 ,情形的增加對存儲容量提出了更高的 要求 ,并且匹配時計算量大 ,需要不斷地更新情形庫 ,使系統(tǒng)復(fù)雜化。靜態(tài)定位每次將傳感器得到的環(huán)境信息和環(huán)境的先驗?zāi)Ｐ拖嗥ヅ鋪矶ㄎ?,計算量大 ,很難滿足實時性要求。自主式智能移動機(jī)器人的智能體現(xiàn)為具有感知 (Sensing)、決策 (Decisionmaking)和行為 (Acting)等基本功能。提出了一種基于遺傳算法解決移動機(jī)器人路徑規(guī)劃問題的方法。 自 1961年美國 Unimation公司研制出世界上第一臺往復(fù)式工業(yè)機(jī)器人以來 ,機(jī)器 人的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段 :第一代示教 /再現(xiàn) (Teaching/Playback)機(jī)器人 ,第二代傳感控制 (Sensorycontrolled)機(jī)器人 ,第三代智能 (Inteligent)機(jī)器人。智能移動機(jī)器人是典型的非完整系統(tǒng)。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)和容錯能力對智能移動機(jī)器人控制和基于規(guī)則的模糊控制 ,避免了控制參數(shù)的確定 ,并增強(qiáng)了系統(tǒng)對參數(shù)擾動的魯棒性。它的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一個回轉(zhuǎn)長臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教形的。機(jī)器手是機(jī)器人的一個重要分支。除了具備通用微處理器的高速運(yùn)算和控制功能外 ,針對高速數(shù)據(jù)傳輸、密集數(shù)據(jù)運(yùn)算、實時數(shù)據(jù)處理等需求 ,在處理器結(jié)構(gòu)、指記系統(tǒng)的指令流程等都有專門的設(shè)計 ,為六自由度工業(yè)機(jī)器人復(fù)雜的運(yùn)動控制算法捉供了可行的硬件保障。因為被驅(qū)動件的速度快慢取決于油液的容積變化，所以當(dāng)不考慮油液的溫度變化時，被驅(qū)動系統(tǒng)的滯后也幾乎沒有，而且液壓機(jī)構(gòu)的適量輕、慣性小，因此它的速度反應(yīng)性較好 。 電機(jī)驅(qū)動 電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)按電機(jī)的功能可分為直流電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)、交流異步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)、無刷直流電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)、開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)和多態(tài)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)等。諧波齒輪傳動（簡稱諧波傳動），它是依靠柔性零件產(chǎn)生彈性機(jī)械波來傳遞動力和運(yùn)動 的一種行星齒輪傳動。 通信系統(tǒng) 運(yùn)動控制器在對工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動控制時， PC 機(jī)、 DSP 以及 FPGA 之間需要交換大量的數(shù)據(jù)，才能使各個關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)運(yùn)動，保證六自由度工業(yè) 機(jī)器人按照指令正常運(yùn)行。 （ 3）人工勢場法（ artificial potential field） 既是把機(jī)器人工作環(huán)境模擬成一種力場。于是 于是整個機(jī)器人的運(yùn)動路徑可以表示為如下的路點(diǎn)矢量集合： 設(shè) Pi 的坐標(biāo)點(diǎn)可以表示為（ xi， yi），那么在算法實現(xiàn)時，路徑就可以以坐標(biāo)點(diǎn)形式儲存。 基本的操作如下圖 所示： 圖 8 多點(diǎn)交叉操作 在圖中，父染色體被隨機(jī)四個分割點(diǎn)分為五部分，標(biāo)有箭頭的部分互換。上面的仿真的群體規(guī)模都是 100，進(jìn)化 50 次，染色體變異概率 ，權(quán)重系數(shù) a1， a2 分別是 1， 1000。在 3 幅不同的地圖上都達(dá)到了 90%以上的算法成功率，并且相對其它算法有明顯提高。對交叉算子的改進(jìn)是使為了獲得更低函數(shù)值的適應(yīng)度函數(shù)。 （ 3） 群體初始化 群體初始化往往是隨即產(chǎn)生的，這里所講的兩種遺傳算法都是隨即生產(chǎn)從出發(fā)點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的任意一條可行路徑集合作為初始群體。 智能路徑規(guī)劃方法 （ 1）基于模糊邏輯算法（ fuzzy logic algorithm）的機(jī)器人路徑規(guī)劃 此方法基于傳感器的實時信息，參考人的的經(jīng)驗，通過查表獲得規(guī)劃信息，實現(xiàn)局部路徑規(guī)劃。 本課題所涉及的初級階段的運(yùn)動控制卡 DSP 中已經(jīng)寫入了兩種固定的運(yùn)動軌跡插值點(diǎn) 直線插值點(diǎn)和圓弧插值點(diǎn)， PC 機(jī)只需要給 DSP 發(fā)送命令選擇六自由度工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器以何種軌跡運(yùn)動，這樣就不需要上位機(jī)進(jìn)行運(yùn)動軌跡規(guī)劃，大大降低了上位機(jī)的程序復(fù)雜性，也使得 DSP 與 PC機(jī)之間的通信變得簡單。 由于波發(fā)生器的連續(xù)轉(zhuǎn)動，迫使柔輪上的一點(diǎn)不斷的改變位置，這時在柔輪的節(jié)圓的任一點(diǎn)，隨著波發(fā)生器角位移的過程，形成一個上下左右相對稱的和諧波，故稱之為：“諧波”。電機(jī)驅(qū)動機(jī)械手可避免電能變?yōu)閴毫δ艿闹虚g環(huán)節(jié)，電機(jī)系統(tǒng)將電動機(jī)、測速機(jī)、編碼器、減速器及制動器組裝在一次加工的殼體中，使得整個電機(jī)系統(tǒng)體積小，可靠性和通用性高 。 5)在產(chǎn)生相同驅(qū)動力的條件下，液壓驅(qū)動比其他驅(qū)動方式體積小、重量輕、慣性小 。 圖 1 運(yùn)動控制器硬件總體框架 感知系統(tǒng) 機(jī)器人感知系統(tǒng)從邏輯上來看，可以分為物理層、應(yīng)用服務(wù)層、應(yīng)用開發(fā)層以及應(yīng)用層這四個層次，其結(jié)構(gòu)如圖２．１所示。尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。商名為 Unimate（即萬能自動）。由此可以看出 ,全局路徑規(guī)劃和局部避障是智能移動機(jī)器人自主性的核心體現(xiàn)。為避免繁瑣的時間微分 , 選擇了獨(dú)立變量 ,建立獨(dú)立于時間變量的運(yùn)動學(xué)模型 ,并由此實現(xiàn)了對速度的獨(dú)立調(diào)節(jié)。但是 ,目前絕大多數(shù)機(jī)器人的靈活性 ,只是就其能夠 反復(fù)編程 而言 ,工作環(huán)境相對來說是固定的 ,所以一般人們稱之為操作手 (Manipulator)。路徑規(guī)劃是移動機(jī)器人的一個重要組成部分，它的任務(wù)就是在具有障礙物的環(huán)境內(nèi)，按照一定的評價標(biāo)準(zhǔn)，尋找一條從起始狀態(tài)到達(dá)目