計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程論文-閱讀頁(yè)
2025-07-07 15:24本頁(yè)面
【正文】 生物界中，以人類這種生物最為先進(jìn)和復(fù)雜，雖說(shuō)人類在整個(gè)生物界的歷史上并沒(méi)有走過(guò)太長(zhǎng)的路，但人類是整個(gè)生物進(jìn)化鏈的最長(zhǎng)的一支的末端，其從原生細(xì)胞開始，經(jīng)歷了海洋、樹木、陸地等各種環(huán)境，并經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的地球氣候和地質(zhì)變化的考驗(yàn)，所以，任何人都可以斷定，人類的身體構(gòu)造和神經(jīng)系統(tǒng)等具體結(jié)構(gòu)，都能杰出地適應(yīng)多變的環(huán)境。對(duì)于移動(dòng)的機(jī)器人來(lái)說(shuō)，如果能雙輪行動(dòng)的話，可大大減小觸地面積，極強(qiáng)地增大靈活性，顯然在轉(zhuǎn)向上可以輕松地在很短的時(shí)間內(nèi)完成180度轉(zhuǎn)向。閉上雙眼，提起一只腳，嘗試站立，任何人都會(huì)發(fā)現(xiàn)這是一件極困難的事，但如果睜開雙眼，我們就會(huì)覺(jué)得輕松很多。所以，我們?cè)?jīng)嘗試使用重錘，利用恒定的重力場(chǎng)作為準(zhǔn)線，判斷機(jī)器的傾角，再利用馬達(dá)驅(qū)動(dòng)車輪，利用加速來(lái)糾正車身，如圖（1），但我們很快在實(shí)踐中否定了這種想法，在車輪加速調(diào)整中，因?yàn)榧铀?，所以干擾了重力場(chǎng)，使重力場(chǎng)發(fā)生了偏移，重錘在幾次調(diào)整后就無(wú)法控制，隨意搖晃，造成機(jī)器人判斷失誤。 我們第二步開始對(duì)眼睛所起的作用進(jìn)行一定的研究和推測(cè)。所以，我們決定為機(jī)器人安上模擬“雙眼”——光傳感器。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，我們制做出了如下結(jié)構(gòu)。 機(jī)器人偏轉(zhuǎn)時(shí)光傳感器離地面的距離就會(huì)變化，理論上在小范圍內(nèi)，光傳感器的數(shù)值隨離地距離而線性變化。而且通過(guò)實(shí)驗(yàn)，也證明了光傳感器在外界光干擾不強(qiáng)的情況下，原地自平衡基本實(shí)現(xiàn)，可維持915秒。值得注意的是一種光偏角傳感器，其可以準(zhǔn)確的測(cè)量出反射光的偏角或偏移量。（具體參見(jiàn)“實(shí)驗(yàn)報(bào)告”）機(jī)器人也一樣，一旦光傳感器或其他傳感器受到干擾，也就無(wú)法完成自己的使命了，而且同樣的，錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)也會(huì)欺騙處理元件。顯然的，我們?cè)诩∪庀到y(tǒng)上找到了一定的答案。所以，我們?cè)跈C(jī)器人傾覆的臨界位置安放了2個(gè)觸覺(jué)傳感器，一旦觸覺(jué)傳感器被激活，即說(shuō)明光傳感器失效，在程序上命令?yuàn)Z取光傳感器控制權(quán)，并立即進(jìn)行一次自主調(diào)整，就一次，但這一次就能讓機(jī)器人恢復(fù)到一個(gè)較為穩(wěn)定的狀態(tài)，然后，立即歸還控制權(quán)，讓“雙眼”繼續(xù)接管維持平衡的工作。如此一來(lái)，自平衡更加得到了保障。 當(dāng)然，仿生學(xué)不是單一的就事論事，而是一個(gè)融會(huì)貫通的思想過(guò)程。所以，我們?cè)谘芯繒r(shí)，也注意到了吸收其他生物的一些特性和優(yōu)勢(shì)，包括在平衡技巧上的和感知方式上的。但是，我們?nèi)匀猾@得了一些線索——袋鼠在高速前進(jìn)時(shí)，具有一定質(zhì)量的尾巴很好地?fù)?dān)負(fù)起了保持中心穩(wěn)定的作用，于是，我們?cè)诹硪慌_(tái)機(jī)器人上也安裝了一個(gè)調(diào)整中心的結(jié)構(gòu)，但由于缺乏高效的執(zhí)行機(jī)構(gòu)與理論相結(jié)合，所以目前這個(gè)裝置僅用于在機(jī)器人行進(jìn)時(shí)的宏觀調(diào)整。所以，我們又有了一種全新的方法來(lái)控制平衡，而這個(gè)方式在平衡效果上與光傳感器的效果不分伯仲，而且其還有不受外界光干擾的優(yōu)勢(shì)。這又大大限制了機(jī)器人的活動(dòng)空間。）（具體參見(jiàn)“實(shí)驗(yàn)報(bào)告”）不過(guò)，這一點(diǎn)上，科學(xué)家們已經(jīng)基本完成了對(duì)人類大腦最基本活動(dòng)的模擬——即“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”的研究。它模仿了人類神經(jīng)中樞中無(wú)數(shù)神經(jīng)元的復(fù)雜連接與信息交換方式。一個(gè)三層前向網(wǎng)絡(luò)可以逼近任意非線性函數(shù)。遺傳算法是基于自然選擇和遺傳學(xué)機(jī)理的迭代自適應(yīng)概率性搜索方法。遺傳算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)都是將生物學(xué)原理用于科學(xué)研究的仿生學(xué)理論成果，它們都是解決非線性、不確定性問(wèn)題的較有力的工具，而將二者結(jié)合起來(lái)，可兼有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣泛映射能力和遺傳算法快速、全局收斂以及增強(qiáng)式學(xué)習(xí)能力等
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