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机器人系统
阅读:7252时间:2011-01-05 09:31:25

  机器人系统必须常常处理“枯燥、肮脏、危险”的工作。换言之,机器人系统通常用于人工介入成本过高、危险过大或者效率过低的任务。在许多情况下,机器人平台的自主工作能力是一项极为重要的特性,即通过导航系统来监视并控制机器人从一个位置移到下一位置的运动。管理位置和运动时的精度是实现高效自主工作的关键因素,MEMS微机电系统陀螺仪可提供反馈检测机制,对优化导航系统性能非常有用。

概述

  机器人的移动通常是从管理机器人总体任务进度的中央处理器发出位置变化请求时开始的。导航系统通过制定行程计划或轨迹以开始执行位置变化请求。行程计划需考虑可用路径、已知障碍位置、机器人能力及任何相关的任务目标。(例如,对于医院里的标本递送机器人,递送时间非常关键。)行程计划被馈入控制器,后者生成传动和方向配置文件以便进行导航控制。这些配置文件可根据行程计划执行动作和进程。该运动通常由若干检测系统进行监控,各检测系统均产生反馈信号;反馈控制器将信号组合并转换成更新后的行程计划和条件。

正向控制

  机器人本体命令,即主要误差信号,代表轨迹规划器提供的行程计划与反馈检测系统提供的行程进度更新信息之间的差异。这些信号被馈入逆向运动学 系统,后者将机器人本体命令转换成每个车轮的转向和速度配置文件。这些配置文件使用阿克曼转向关系*进行计算,整合了轮胎直径、表面接触面积、间距和其他重要几何特性。利用阿克曼转向原理和关系,上述机器人平台可创建以电子方式链接的转向角度配置文件,类似于许多汽车转向系统中使用的机械齿轮-齿条系统。由于这些关系是以远程方式整合在一起的,不需要以机械方式链接车轴,因而有助于最大程度减小磨擦和轮胎滑移,减少轮胎磨损和能量损耗,实现简单的机械链接无法完成的运动。

陀螺仪

  机器人平台开发人员发现,MEMS陀螺仪技术为改善导航系统方向估算和总体精度提供了经济高效的方法。预校准的系统就绪型器件使得简单的功能集成得以实现,有利于开发工作顺利起步,并让工程师可集中精力开展系统优化。随着MEMS技术持续改善陀螺仪噪声、稳定性和精度指标,精度和控制水平将不断提高,从而可为自主机器人平台继续拓展新的市场。诸如Seekur等系统的下一代开发工作可从陀螺仪过渡到完全集成的MEMS IMU/6自由度(6DoF)传感器。虽然面向偏航的方法很有用,但世界毕竟不是平面的;目前及未来的许多其他应用均可利用MEMS IMU进行地形管理和进一步的精度改进,并通过三个陀螺仪实现完全对准反馈和校正。

补给品护送

  目前美国国防高级研究计划局(DARPA)在提案中仍强调更多地利用机器人技术来提升军力。补给品护送便是这类应用的一个范例,此时军事护送队伍暴露于敌方威胁之下,同时不得不按可预测的模式缓慢移动。精确导航让机器人(如Seekur)可在补给品护送方面承担更多责任,减少途中人员的安全威胁。一个关键性能指标是对GPS中断情况的管理能力,此时MEMS陀螺仪驶向反馈特别有用。最新Seekur导航技术正是针对这一环境而开发的,它使用MEMS惯性测量单元(IMU)6 提高了精度,并且能在未来不断采纳地形管理和其他功能领域的新技术成果。

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