机器人技术论文

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  论文常用来指进行各个学术领域的研究和描述学术研究成果的文章,简称之为论文。以下是我的公文网为大家整理的机器人技术论文,希望对大家有所帮助!

  机器人技术论文

  智能机器人的未来发展趋势。

  摘要:通过老师对机器人技术基础的说明和各组同学课外知识的介绍,以及自己在网上查机器人的知识和论文,掌握了机器人的基本知识和应用。我对智能机器人技术的发展现状和世界各国智能机器人的发展水平和应用有了新的认识。在掌握了机器人的基本知识以后,我对机器人将来的发展趋势有自身的看法。

  关键词:机器人、发展现状、应用、趋势。

  1、引言。

  机器人的定义是可编程和多功能的操作机,用于搬运材料、零件和工具,或者为了执行不同的任务而具有可变化和可编程动作的专业系统。

  智能机器人是在感觉上全面模拟人的机器系统,外形不一定像人。它是人工智能技术的综合考场,可以全面考察人工智能各领域的技术,研究彼此的关系。也可以在有害环境中代替人从事危险工作、天下海、战场作业等方面大显身手。

  智能机器人应具备感知环境的能力、执行某项任务影响环境的能力和感知与行动联系的能力三个方面。智能机器人和工业机器人的根本区别在于智能机器人具有感知功能和识别、判断和规划功能。

  随着智能机器人应用领域的不断扩大,人们期待智能机器人在更多领域为人类服务,代替人类完成更复杂的工作。但是,智能机器人的环境往往不为人知,难以预测。智能机器人应完成的工作任务也越来越复杂,人工分析智能机器人的行为,设计也越来越困难。目前,国内外对智能机器人的研究也越来越深入。

  通过学习机器人技术基础和课后讨论,观看各组的说明和相关机器人视频,分析了国内外智能机器人的发展,讨论了智能机器人发展中存在的问题,最后提出了智能机器人发展的想法。

  2、国内外该领域发展现状综述。

  2.1智能机器人的发展现状。

  智能机器人是第三代机器人,该机器人具有多种传感器,可融合多种传感器获得的信息,有效适应变化环境,具有较强的自适应能力、学习能力和自治功能。

  目前开发中的智能机器人智能水平并不高,只能说是智能机器人的初级阶段。在智能机器人研究中,目前的核心问题有两个。另一方面,提高智能机器人的自主性是智能机器人与人的关系,也就是说,希望智能机器人与人更加独立,具有更加友好的人机界面。从长远来看,只要操作人员给出要完成的任务,机器就能自动形成完成任务的步骤,自动完成。另一方面,提高智能机器人的适应性,提高智能机器人适应环境变化的能力,是智能机器人与环境的关系,希望加强交互关系。

  智能机器人涉及到很多关键技术,这些技术关系到智能机器人的智能高低。这些重要技术主要包括多传感信息耦合技术,多传感信息融合是指综合多传感器的感知数据,产生更可靠、更准确、更全面的信息,融合的多传感器系统更完善、更准确地反映检测对象的特性,消除信息的不确定性,提高信息的可靠性

  在各国智能机器人的发展中,美国智能机器人技术在国际上一直处于领先地位,其技术全面、先进、适应性强、性能可靠、功能全面、精度高,其视觉、触觉等人工智能技术已广泛应用于宇宙、汽车工业。日本由于一系列扶植政策,各种机器人包括智能机器人发展迅速。欧洲各国在智能机器人的研究和应用方面处于世界公认的领先地位。我国起步较晚,进入大发展时期,以机器人为媒体推进制造业整体变化,推进高科技产业整体成长。

  2.2智能机器人的广泛应用。

  现代智能机器人基本上可以根据人的命令完成各种复杂的工作,如深海探测、作战、侦察、信息收集、危险、服务等工作,模拟人类不能或不想完成的工作,不仅可以自主完成工作,还可以与人合作完成工作

  智能机器人根据工作场所的不同,可分为管道、水下、空中、地面机器人等。管道机器人可用于检测管道使用中的破裂、腐蚀和焊接质量,在恶劣环境下承担管道的清洁、涂装、焊接、内部研磨等维护,修复地下管道的水下机器人可用于海洋科学研究、海上石油开发、海底矿藏勘探、海底捞救生等空中机器人可用于通信、气象、灾害监测、农业、地质、交通、广播电视等服务机器人半自主或全自主工作,为人类提供服务,其中医疗机器人具有良好的应用前景

  在国防领域,军用智能机器人得到前所未有的重视和发展,近年来,美英等国开发了第二代军用智能机器人,其特点是采用自主控制方式,完成侦察、作战和物流支援等任务,在战场上具有观察、嗅觉等能力,自动跟踪地形和选择道路,具有自动搜索、识别和消灭敌人目标的功能。例如,美国的Navplab自主导航车、SSV自主地面坦克等。在未来的军事智能机器人中,智能战斗机器人、智能侦察机器人、智能警戒机器人、智能士兵机器人、智能运输机器人等也成为防卫装备的新亮点。

  在服务工作方面,世界各国尤其是西方发达国家都在致力于研发和广泛应用服务智能机器人,以扫地机器人为例,随着科技的进步和社会的发展,人们希望能够更加从繁琐的日常事务中脱颖而出,这就使扫地机器人进入家庭成为可能。日本公司开发的地板清扫机器人,可以沿着墙壁从任何位置自动启动,利用旋转的刷子将废弃物清扫到自己的容器中的车站地板清洗机器人工作时,将清洗液洒在地板上,用旋转刷不断清洗地板,将污水吸入带来的容器中的工厂的自动清扫机器人可以用于各种工厂的清扫工作。美国的清扫机器人Roomba具有很高的自主能力,可以在房间各家具的间隙游走,灵巧地完成清扫。瑞典的机器人三叶虫表面光滑圆形,内置搜索雷达,可以迅速检测和避免桌腿、玻璃器皿、宠物和其他障碍物。微处理器识别这些障碍物时,可以重新选择路线,重新判断和计算整个房间,保证房间的各个角落被清扫。

  现代智能机器人不仅在上述方面有着广泛的应用,而且会渗透到生活的方方面面面,像煤炭工业在矿业方面,考虑到社会对煤炭需求量日益增长的趋势和煤炭开采的恶劣环境,将智能机器人应用到矿业是必不可少的。在建筑方面,有高层建筑抹灰机器人、预制品安装机器人、室内装饰机器人、擦拭玻璃机器人、地板研磨机器人等。在核工业方面,主要研究机构灵活、动作准确可靠、反应快、重量轻的机器人等。智能机器人的应用领域日益扩大,人们希望智能机器人能够在更多领域为人类服务,代替人类完成更复杂的工作。

  3.讨论和展望和个人经验。

  3.1智能机器人发展趋势展望。

  智能机器人发展前景广阔,目前机器人研究处于第三代智能机器人阶段,国内外研究取得了很多成果,但智能水平仍不令人满意。未来的智能机器人应该在以下方面着力发展:面向任务,由于目前的人工智能不能提供实现智能机器的完整理论和方法,现有的人工智能技术多依赖于领域知识,因此我们限制了机器完成的任务和发展面向任务的特殊机器人,现有的人工智能技术可以发挥作用,开发这种智能机器人是可能的传感技术和集成技术技术,在现有传感器和集成技术的基础上发展更好、更先进的处理方法和实现手段,或者寻找新的传感器技术复杂的同时,可以提高人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智能机器人工智

  3.2发展趋势。

  现有的智能机器人智能化水平还不够高,所以在今后的发展中,努力提高各发面技术及其综合应用,大力提高智能机器人的智能化程度,提高智能机器人的自主性和适应性,是智能机器人发展的关键。同时,智能机器人涉及多门学科的协同工作,不仅包括技术基础,还包括心理学、伦理学等社会科学,让智能机器人完成对人类有益的工作,让人类从繁重、重复、危险的工作中解放出来,就像科幻作家阿西莫夫的机器人学三大法则一样,智能机器人真正为人类的利益服务,不能成为反人类的工具。相信在不不久的将来,各行各业都充满了各种各样的智能机器人,科幻小说的场景在科学家们的努力下成为现实,很好地提高了人类的生活质量和对未知事物的探索能力。

  3.3个人的经验。

  在没有学习《机器人技术基础》这门课程之前,我对机器人知之甚少。通过老师的说明和各组同学的课程说明,我对机器人有了更广泛的认识。

  我一直想自己做一台遥控六通道遥控飞机,因为没有太多的知识和专业的时间,一直觉得太难了,所以一直没有方向。学习机器人技术基础这门课程是我制作的开始,遥控直升机与智能机器人相比差距太大,这就是科学技术的发展结果吧。

  看过TED的一堂四轴直升机的录像,让我开阔视野,让我对制作自己的机器人有更多的想法。

  通过《机器人技术基础》、《传感器与检测技术》、《机械设计基础》课程学习后,丰富的知识和技能,我可以在自己制作的机器人相应的传感器模块,使自己制作的机器人具有更多的功能,智能化。

  参考文献。

  [1].董砚秋.智能机器人概述[J].网络和信息。

  [2].朱玉章.未来智能机器人[J].军事世界。

  [3].谭定忠、王启明、李金山、谭林.洁净机器人研究发展现状[J].机械工程师

  [4].许世范.智能机器人的发展及其在矿山的应用[J].煤矿自动化

  [5].张博.智能机器人的现状和发展[J]。科学报告。

  [6].张博.智能机器人的现状和发展[J]。科学报告。

  [7].云为民.中国机器人发展的我看[J].读者的声音

  [8].贾玉赞.浅谈智能机器人的发展和应用[J].太原技术

  [9].孟庆春,齐勇,淑军,杜春侠,殷波,高云.智能机器人及其发展[J].中国海洋大学学报.

  机器人技术论文

  【摘 要】随着科学技术的飞速发展,电气工程得到不断的更新和进步,其自动化技术不断加强而机器人设计也在不断的冲击人们的生活,在机器人设计理念中加入电气工程的自动化技术,利用其自动化技术让机器人具有人性化特征,从而能够具有更多人类的自动行为,从更多方面为人类提供更好的服务。

  【关键词】电气工程;自动化;机器人设计

  一、前言

  机器人的不断研究创造是时代经济发展的必然,是为了满足人们更多需要而必然要进行的一项科学研究。目前,国外很多国家在机器人设计领域已有很多成功例子,其机器人具备的技术是当前我国技术无法比拟的。但是,时下我国很多高校开展机器人设计研究以及社会上的机器人比赛活动等,让越来越多的人对机器人设计有更多的认识,给机器人设计的不断创新创造了一个良好的环境。电气工程及其自动化技术能够给机器人设计提供一个良好的技术支持。本文主要分析机器人设计中的自动化技术应用情况,旨在让我国的机器人设计快速跟上国际先进技术,创造出具有世界领先水平的机器人。

  二、机器人简介

  机器人最早出现在中国的西周穆王时期,最初形式是一个有开关能够自动“跳舞”的木质人,后来在卡雷尔·恰佩克的科幻小说中创造了机器人这个名词,从此一些能够自动制定既定工作的机械设备统称为机器人[1]。现代的机器人能够在人类的指挥下做一些简单工作,如对话、投篮、快跑、协助人类进行危险行为等。目前技术比较先进的国家如英国、日本、美国等在机器人的研究上取得非常大的进步,很多领域如医学、建筑学及军事建设等方面均使用机器人当做人类力量的延伸。通过指挥或者在机器人内部设计自动装备,让机器人拥有人类思维,自动进行工作。当前机器人发展甚至趋向高度的人性化,机器人不再只是由机械设备组成,有些机器人甚至有人类的模样和思维方式,但是机器人真正能够拥有人类相同的思维还需要很长一段时间。

  三、电气工程及其自动化概念

  电器工程及其自动化是一门学科,这门学科包括多个技术领域,涉及面非常广,从计算机、电机电子以及互联网技术、信息控制技术,甚至还包括多种电力和机电技术结合成为一个整体的技术,这些不同领域的技术一同构成电气工程及其自动化学科。由于是一个工程型又带有自动化功能形式的学科,其具有的特点就包含工程中的强力学以及网络信息中的软件学特点,形成一种强弱结合的形式。这个学科的课程包括电气知识和网络信息技术知识,具体有:网络信息技术、仪器检测和控制技术、电子和电路技术、计算机软硬件技术等强力学和软件学技术相互结合的'课程形式。这个综合性学科主要教给学生的是各种工程和电气以及计算机方面的知识,毕业学员一般均掌握包括计算机软硬件技术、网络信息技术以及仪器实验分析技术等多方面的技术,在社会工作中能够适应多个领域的工作要求。

  电气工程及其自动化学科的最主要课程为电气和计算机工程,因此在进行实验和具体实践时,这个两门课程是最主要的测验对象。通过设置不同等级的专业实验教学训练平台,让学生在掌握基础的技术能力的同时根据自身的条件去挑战更高的技术实验。使学生除了掌握基础的电机技术、电力电学技术以及计算机硬件技术之外还能够掌握如线路综合设计技术、高级计算机软件管理技术以及CPLD技术等综合性相对比较强的技术,在实际工作中能够解决更多难题和满足更多需求。

  电气工程及其自动化在社会中的使用领域主要有:水力电力领域、信息处理领域、电力线路设计领域、各种变压器设计领域以及与人们日常生活密切相关的各种监控设备(如交通摄像监控、小区摄像监控)、机器自动化设备(例如电梯、安全门)、网络通信设备(如电子邮件、网络条件软件)以及智能控制设备(如楼道声控开关灯)等方面,这些军事电气工程及其自动化学科在实际的运用,具有广泛性和多面性[2]。

  四、电气工程及其自动化在机器人设计中的运用分析

  由于机器人是由多种机械部件拼接后再安装编排程序最后实现机器装备自动运行的,因此通过分析其主要构造能够了解电气工程及其自动化技术在其中的运用情况。首先,机器人是由电机和连接杆组成的,在装置电机时根据需要装置步行或跳跃等电机使其拥有步行和跳跃等能力,同时利用生活常见的铝板铝条进行构建的链接,将一个还不能行动的机器人做出来后再通过加入编排程序让其自动工作或人工指挥其工作。这其中就包含电气工程及其自动化学科中的电机电力技术、计算机指挥和控制技术以及电力线路链接设计等多种技术。

  其次,机械人构件组装完毕后,还需要检测装置保证其运行功能质量。检测装置是在机械人雏形形成并开始指挥其工作后对其实际的信息进行记录,再将实际信息和机器人内部既定的信息相对比,若出现很大偏差则需要重新进行信息的设定,若偏差很小则表示机器人研究成功,可以投入使用。分析是现代先进的机器人技术发现,很多机器人能够代替人类将损坏或质量不好的对象进行,同时立即将信息进行反馈,大幅度提高机器人工作的精确度并减少人类的工作量。

  再者,机器人在组装完成后需要通过驱动装置对内部构件进行驱动,驱动后机器人才能给自行工作。利用计算机系统中的驱动设备在机器人中按照指定信号装置,当信号一放出,机器人即能够自动工作。其主要依靠电气工程机器自动化学科中的计算机软件系统、信号监控系统来实现机械装置的自动位移。

  最后,机器人虽然能够根据已编排的程序自动动作,但是大多时候仍是人类进行控制,因此监控系统就显得尤为重要。目前的监控系统主要为集中式的控制系统,也就是指需要一个中心监控装置就可以实现对机器人的全部控制,该中心装置一般是一台微机[3]。该步骤需要运用到电气工程机器自动化学科中的单片机技术,单片机本身即为一台微机,因此将其安插在机器人结构中,只需要插入电源就可以运行,从而自如的控制机器人工作。

  从以上分析内容可知,在机器人设计中加入电气工程及其自动化专业技术能够使机器人设计更加顺利,其拥有的功能会相对比较多且符合现代的技术水平。但,同样的,机器人设计是一个比较复杂的研究工程,其中涉及到的技术类型多样,仅仅依靠电气工程机器自动化专业技术根本无法满足人类对高度人性化机器人的要求。因此,只有不断的研究多种技术,才能使机器人真正成为人类工作和生活的好助手。

  参考文献

  [1]wilson.机器人设计经验之谈[J].电子制作,2011,32(09):102-103.

  [2]张静,刘永均,李柏林.机器人系统多学科协同优化设计[J].机械设计与研究,2008,41(05):98-99.

  [3]邓锋.采用标准关节机器人系统对飞机货舱门结构的自动钻铆[J].航空制造技术,2010,36(19):210-211.

  机器人技术论文

  智能机器人视觉仿生技术研究综述

  摘要:机器人视觉仿生技术是机器人视觉控制领域的新热点。本综述在详细分析了灵长类动物眼球运动的形式和特点基础上,对国内外应用生物眼球运动控制机理来构建仿生机器视觉的研究现状、存在的问题及未来发展趋势做了全面综述,并针对目前机器人视觉仿生面临的技术难题,提出了开展视觉仿生研究的新思路和新构想。

  Abstract: Robot vision bionic technology is the new hot shot in robot vision control area. In this review, based on a detailed analysis of primate eye movement forms and characteristics, the domestic and international research status of building bionic vision with the biological eye movement control mechanism, the problems and future trends are reviewed comprehensively, and new ideas for the visual bionic research are proposed for the current technical problems of robot vision bionic.

  关键词: 视觉仿生;仿生眼;机器人

  Key words: bionic vision;bionic eye;robots

  中图分类号:TP391 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2013)26-0195-02

  0 引言

  智能机器人是指:具有感知、识别、推理和决策能力,并且能独立执行任务的机器人。感知和识别技术是智能机器人最为关键的技术。研究最多的是基于视觉传感器的感知技术。比如美国波士顿动力公司研制的Big-Dog、Alpha-Dog、Little-Dog等系列四足机器人,采用立体视觉作为对环境进行识别和感知。意大利IIT大学研制的HyQ[2]机器人能够在复杂地形条件下高速移动,都不同程度地利用视觉实现感知。尽管如此还是满足不了人们对智能“双眼”的追求,假如能给智能机器人配备一双智能双眼,使其能像人类一样感知和获取环境信息、快速准确地切换视眼和跟踪目标,是人类对智能机器人梦寐以求的愿望。为此,人们采用多种基于计算机视觉的方法和手段来构建初步具备“视觉”功能的视觉系统。但目前智能机器人“眼睛”的功能还是比较低级,特别是在双目协调、以及对突然变化或事先未知的运动目标的跟踪、大视野与精确跟踪之间的矛盾以及由于震动引起的视线偏离补偿等方面的问题到目前都没得到很好的解决。近年来,视觉仿生成为前沿交叉学科的研究热点。

  由于生物视觉经过千百万年的进化已具有极其发达和完善的内外环境适应能力。根据模拟生物视觉不同的功能表现及不同的应用场合,视觉仿生的研究可归纳为两大方面:一是从视觉感知、认知的角度进行研究;二是从眼球运动、视线控制的角度进行研究。前者国内外都有大量的研究方向和成果,主要研究视觉感知机制模型、信息特征提取和处理机制以及在复杂场景中目标搜索等。而后者是根据人类和其它灵长类动物的眼球运动控制机理来构建智能机器人的“眼睛”,实现生物眼的多种优异功能。

  1 人类眼球运动的形式及特点

  1.1 扫射与平滑追踪运动

  扫射是当双眼自由地看周围环境是,视线很快从一个注视点转向另一个注视点。其潜伏期一般为200~250m/s,速度约为400b/s。Young等最早建立了扫视采样模,输入输出分别为目标位置和眼球位置,Robinson修改了Young的模型,模拟大脑并行处理特性。当前眼位与目标位置之差经过脉冲发生器进入并行通路,经积分器后产生位置信号,与MLF直接通路共同作用于眼球运动装置,产生扫射运动。平滑运动与扫射不同,属于眼球运动速度的连续负反馈系统,两者发生的时间是独立的。当眼球追踪一个运动物体时所发生的运动,使视线平滑地跟踪目标。

  1.2 反射性眼球运动

  从驱动眼动的动力源来分的话,眼球运动有与注意有关的眼动(如saccades、smooth pursuit、vergence)和与头动相关的眼动(即反射性眼动如VOR 和 OKR)两类。2005 年,Merfeld和 Ramat 分析了利用仿生机器人 iCub robot 对两种常见的 VOR 模型进行了模拟实验,分析了小脑在自适应特性及图像稳定中的重要作用。2007年Ojima指出,生物眼球运动具有典型的自适应控制机制,能够根据环境变化立即做出相应的变化和适当的响应,受此启发,提出一种非线性耦合神经振荡器网络模型及空间-时间学习算法,获得了平滑追踪中指令信号与运动增益及相位滞后的关系,建立的平滑追踪VOR 复合模型,改善了目标跟踪特性。

  1.3 注视转移中头眼协调运动

  2009 年后,人们提出了头眼协调运动的最优控制方法,运用最优控制理论研究了头眼运动与注视转移的关系,提出头眼运动最小贡献力为准则的最优控制方法,并转化为求解两点边值问题的微分方程组,仿真结果印证了“头、眼分别受控制于不同的控制器”的结论。但该研究提出的模型不具备生物的自学习机能,在此基础上提出了一种自学习最优控制模型,在注视转移过程中自适应调整控制器参数,对于再现生物头眼协调特性更近了一步。通过分析视觉重定位中头、眼运动的实验数据,提出建立头眼协调运动模型还须考虑一些尚未解决的问题。进一步研究导致这些现象的神经机制,才能揭示各运动子系统之间相互协调的本质。

  1.4 固视微动

  人眼在注视静止目标时,眼球仍处于高频率无意识的振动之中,一旦振动停止,成像就会变得模糊,这种振动保证了图像的获取质量。人眼的微动机制启发人们去模拟眼球振动来改善图像质量。当人眼凝视静止物体时,眼球自身的震颤(固视微动)具有突出物体边缘的作用且包含深度信息。东京工业大学张晓琳先后建立了单眼和双眼的水平眼球微动控制系统的模型,使眼球微动模型可以用于机器人眼的设计制造和控制上,并在此基础上制作了一对具有与双眼微动控制系统模型相同的机器人眼实验模型。事实上,生物眼球运动在大多数情况下是包含上述多种运动成分的复合运动。此外,人们还研究了眼球运动系统中神经积分器的作用、眼球运动的脑干控制机理,眼球运动与感知,以及眼球-头颈的运动学和动力学特性等,仿生眼的研究在国外成为前沿研究热点。   2 仿生视觉面临的问题及对策

  目前机器人眼的研究多是基于工学方法,利用左右摄像机获得目标图像分别进行处理,左右眼和头颈缺乏协调联动机制,在双目、头眼协调运动、视线偏离补偿、不确定目标追踪等方面存在诸多技术障碍,采用仿生技术是寻求解决这些问题的重要途径。

  2.1 建立完善的仿生眼模型

  基于国外生理学研究成果,采用工程仿生学和控制理论相结合的方法,将视觉控制生理模型转化为工程技术模型,实现生物视觉的优异性能,从根本上解决机器视觉面临的技术难题,是智能机器人研究的重要方向。目前文献中的仿生眼模型只模拟了人眼的一种或两种运动,且多为单眼或双眼一维水平运动。普遍采用扫视与平滑追踪分离的机制,难以同时实现多种眼球运动。进一步研究各种眼球运动之间的内部关联与神经机理,建立多自由度非线性仿生双眼运动模型,同时实现扫视、平滑追踪、异向运动和反射运动等多种眼球运动,尚需进行大量的研究。

  2.2 引入生物神经控制机理

  当进行大幅度视线转移时,机器人的关节冗余需要有效地协调头部和双目的运动。目前提出的头眼协调运动系统及学习算法多是基于水平方向的二维头眼系统,虽有学者提出3D头眼协调运动控制算法,但采用的是先双目聚焦,再转动头部,后做眼睛补偿的“分时”“分段”执行方法,并未真正实现头眼同时转向目标中的协调控制。目前3D头眼协调运动仍是一项有待突破的技术难关。从生物头眼协调运动中获取灵感,研究灵长类动物头、眼和身体协调组合完成视线转移的神经控制机理,设计双目头颈协调运动控制算法,解决机器人3D头眼协调控制问题不失为一条重要的研究途径。

  2.3 研究人眼跟踪目标的机理

  机器人“眼”的重要功能之一是视觉跟踪,目前常采用视觉伺服反馈控制的方法,但对于突然、快速变化以及行踪无常的目标,常出现目标丢失、跟踪失败的现象。人眼在跟踪变化无常的目标中表现出的非凡才能源于其视觉系统中眼球快速扫视和慢速平稳追随之间的协调配合和实时切换。深入研究人类眼球运动模式自动切换快速准确跟踪目标的神经生理机制,将视觉跟踪中扫视(saccade事件驱动)和平稳追随(smooth pursuit,速度连续驱动)模式的切换看作混杂系统的自适应最优控制问题加以研究,以期解决随意性运动目标跟踪的快速性和准确性问题。其中两种模式之间的最佳切换时机和预测算法是研究的关键技术。

  2.4 模拟人类反射性眼球运动机理

  机器人在颠簸路段行走或在复杂的非结构化环境中作业时,自身机体振动或姿态发生变化会引起较大的视线偏离。通常采用图像处理(特征提取、目标检测与匹配、空间位置计算等)的方法来调节伺服机械云台,但补偿范围小,图像稳定性差,尚无解决大视线偏离的办法。人眼具有很强的自适应和自调节功能,当头部和身体姿态发生变化或背景动态变化时,仍能清楚地注视和跟踪目标,缘于其前庭动眼反射(VOR)和视动反射(OKR)机能。研究人类反射性眼球运动机理,建立由基于视网膜滑动信息的反馈控制器和基于前庭输入的前馈控制器组成的自适应VOR-OKR模型,主动补偿由机器人姿态本体变化引起的视觉误差,解决机器人大范围视觉偏差补偿问题。

  3 结论

  机器人的视觉技术是机器人的共性技术,也是一项关键技术。仿生型机器人眼运动控制系统使机器人眼具备人眼的诸多特殊自然功能,将其投入机器人产业应用将开创仿生学在机器人技术领域崭新的应用前景。

  参考文献:

  [1]Erkelens CJ.A dual visual-local feedback model of the vergence eye movement system[J].Journal of Vision,2011,11(10):21:1-14.

  [2]毛晓波.仿生机器眼运动系统建模与控制研究[D].郑州:郑州大学,2011.

  [3]Robinson DA.Models of the saccadic eye control system[J].Kybernetik,1973,14(2):71-83.



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