多机器人协作系统、嵌入式机器人开发系统、开源机器人系统
多机器人协作
在机器人不断向智能化发展的过程中，多机器人协调与协
作系统正受到越来越多的重视与研究。如果说单个机器人的智能化还只是使个体变得更聪明，那么多机器人协作系统则不但要有一批聪明的人，还要求他们能有效的配合协作，在复杂环境中完成个体所无法完成的任务。这不仅反应了个体智能，更强调了群体智能，是对人类社会生产活动想象和创新的探索。 ☆多机器人系统的网络结构☆
多机器人系统比单机器人系统具有如下的显著优点：
☆ 广泛的任务领域 ☆ 更高的效率 ☆ 优良的系统性能 ☆ 更强的容错性、抗干扰性 ☆ 更低的经济成本
☆Khepera III 嵌入式系统
北京智能佳科技有限公司
利用开源硬件设计抓取机器人
利用开源硬件设计抓取机器人 发表时间：2019-03-26T15:53:46.253Z 来源：《基层建设》2018年第35期作者：陈奇1 陆必云2 [导读] 摘要：抓取机器人在工业生产中成为替代人们开展复杂和危险作业的工具,它能完成简单的传递物料工作,提高生产质量,保证了产品的效率。 1江阴市富仁电力设备安装有限公司；2江阴兴澄特种钢铁有限公司摘要：抓取机器人在工业生产中成为替代人们开展复杂和危险作业的工具,它能完成简单的传递物料工作,提高生产质量,保证了产品的效率。本文就对抓取机器人的组装和工作原理作详细的描述，本文抓取机器人是基于Arduino平台的设计的，近年来开源硬件Arduino设计平台开发了大量消防机器人、智能家电等一些产品。 关键字：抓取机器人；Arduino；开源硬件 1 前言 Arduino是一款非常便捷开发板，并且是开放源程序代码和电路图的电子开发板。硬件使用的是Arduino Uno板，编译程序的软件是Arduino IDE，由意大利和西班牙的设计师首先提出。Arduino的设计主要包含两各部分：硬件部分电路主要使用的是Arduino板，软件编辑Arduino IDE，是由计算机提供。 Arduino的功能强大的原由是因为它可以通过传感器来感知环境,可以有温感,光感,湿感等一些传感器的所测数据来反馈到Arduino板上。通过这些反馈的数据板子就会根据你所需要和设置的数据来执行下一步设计的动作,控制器可以根据你所书写的程序数据来设置，以二进制文件编译，烧写进进微控制器。Arduino的编程是以Arduino的编程语言和电脑中的开发环境所提供的。总而言之,Arduino的使用难度相比单片机程序的设计降低了太多,程序简单易懂,也没有PLC那么高昂的价格，充分满足我们的试验需求和经济能力。 2 抓取机器人总体方案 2.1抓取机器人功能 六舵机自由度抓取机器人,能简单的模仿人手臂的一些动作。做一些简单的动作演示，它的动力由六个伺服舵机组成，可以实现抓取机器人的前后上下及左右抓取搬运的演示。具体动作解析如下，用手部(舵机一)抓持工作的部件，手腕(舵机二)用来旋转调整手部和被抓物体距离的调整,肘部(舵机三,四,五,)用来抬起物品,为下一步的移动做出铺垫，肩部(舵机六)用来移动物。动作覆盖地域要全面,在一定的范围能没有死角。动作指令可更改性,可以根据工作的需要,随时改变动作。程序简单化，不需要有太多程序指令，这样很不容易掌握，出现故障难以排除，动作指令不好更改。经济实用性，价格不能太贵，不管以后工作还是实验，成本节约一般都是首要条件。需要有多种控制方法，不能控制方法单一，出现困难的控制环境难以改变便，比如工作在室内，电脑就可以控制，不需要远程控制，可是在复杂的工作环境，人不可以长时间滞留的工作环境，这时候就需要改变控制方式，用远程来控制。 2.2控制模块和舵机 自由度抓取机器人的控制模块相当于电脑的主机，它是抓取机器人的核心关键，我们选用硬件体积小、价格便宜的Arduino。 本设计的抓取机器人需要用到六个舵机，本次设计不需要非常的高灵敏度和举起物品的重量，所以选择四个MG996型号的模拟舵机和两个DS3115型号的数字舵机，这样搭配着使用，既能可以相对提高抓取机器人的灵敏度，也可以降低价格成本，做上下左右的移动物品的动作。 2.3总体方案设计 控制模块选用简单易懂的Arduino模块和32路舵机控制板,这样既方便抓取机器人的制作,还方便对程序的理解。硬件模块选择DS3115和Mg996两款铁质材料的舵机，抓取机器人的机身，选择铁破质机身，这样方便后期的展示和制作。根据构思好的结构图制作硬件电路， 3 抓取机器人硬件设计 3.1 Arduino开发板 本项目选用Arduino UNO开发板，Arduino的核心芯片是AVR指令集的单片机(ATmega328)。Arduino的控制器最好的地方就是开放源程序代码和原始的电路设计,可以修改，也可以下载。可以电脑直接usb供电也可外部供应电源。支持在线烧写程序,可以直接通过USB更新程序。 3.2JOYSTICK手柄 手柄是我们本项目中必不可少的实现设备，它可以无线异地接收，不过仅限距离内控制抓取机器人。确保在危险施工现场人们可以不到现场并有目的的运用抓取机器人工作,确保工作人员的安全和提供必要的工作效率。手柄的使用和控制系统之间必须建立通信功能,在和控制系统实现通讯之前,必须要先通过Arduino和电脑之间实现通讯调试。因为本设计实现通讯的地方比较多，0、1通讯口下面要和32路舵机控制板实现通讯，所以这里不用这两个通讯口，Arduino的通讯口还有11、12、13、14，为了设计更好的进行定义了13、14口为通讯口，Arduino和手柄的通讯口对反连接,因为两个通讯之间的通讯是一个发送,另一个接收,所以通讯口要对反连接。 3.3舵机控制板 舵机控制板，它有32个通道。舵机控制板接线柱一和接线柱三为舵机供电控制（4-7V）,接线柱二为控制部分供电（7-12V），主芯片为单片机，单片机上端的四个插口是通讯口（TXD、RXD、GND、VCC），驱动分辨率为1us/秒，0.09度/秒。本设计通讯的波特率为9600。舵机控制板主要负责给舵机脉宽让舵机转动，以及与Arduino之间互相通讯来给舵机脉宽和选择通道来使多个舵机达到控制的目的。 实现32路舵机控制板的控制,需要和本设计的核心控件相连,两块板子上都有通讯口,需要对反相接,信号的传递是相互的,一个发送一个接收,32路舵机控制板的驱动电源为5V,这个电源刚好可以由Arduino来提供,节省试验资源。 3.4抓取机器人系统 抓取机器人的信号发送系统为JOYSTICK手柄, Arduino为控制系统,主要是负责接收JOYSTICK手柄发送过来的信息，来处理相应的数据，在根据这些数据作出反应，舵机控制板则是等Arduuino的信息，收到Arduino的信息后根据Arduino的给的数据选择通道给舵机信号，让舵机自此转动，因为舵机里有电位器，只要舵机里的电机一但转动，电机的轴就会带动电位器的轴转动，这样电位器的阻值就会改变，根据变化的阻值，就可以知道舵机是否转动到指定的位置。 4 总结
智能制造-机器人的操作系统 精品
机器人的“操作系统”： Microsoft Robotic Studio ――让你的机器人像个人电脑一样 众所周知，微软公司(Microsoft Corp.)的Windows系列操作系统已经在个人电脑领域占据了主导地位。无论您的机器是何种品牌、何种型号、何种配置，Windows操作系统都能够轻松应对并为您提供想要的服务。同时，友好的用户界面也赢得了广大用户的青睐，使Windows成为个人电脑领域最受欢迎的操作系统。如今，这一传统正在进入欣欣发展的机器人行业，而且不仅仅局限于家用机器人领域，在工业机器人领域也已经崭露头角。这就是微软机器人工作室推出的机器人操作系统――Microsoft Robotic Studio。 在目前机器人行业的生产和开发过程中，还没有统一的平台和标准，不同公司按照不同的标准和技术路线生产和开发机器人设备。对于机器人的初学者而言进入的门槛过高，每一个开发人员都要从底层硬件入手再到上层的控制软件，大量的人力物力消耗在了重复的设计中，为了改变这一局面，为机器人开发人员能减少一些麻烦的工作和创建不同类型硬件的标准，简化对机器人的编程，把更多的精力投入机器人智能领域的研究，20XX年6月微软公司推出了“Microsoft Robotic Studio”机器人开发软件，迈出了向机器人行业进军的第一步。 微软公司于20XX年5月19日在匹兹堡举办的 RoboBusiness Conference and Exposition(机器人商业大会暨展览会)上首次发布了其机器人技术编程平台的最新版本 Microsoft Robotics Developer Studio 20XX 的社区技术预览版 (CTP)。Microsoft Robotics Developer Studio 20XX 包含对齐运行时间性能、分布式计算功能以及工具的改进。这个被称为“Microsoft Robotics Studio”(微软机器人技术工作室)的新平台主要用于机器人技术的开发，适合学术、理论和商业研究等领域。 1 Microsoft Robotic Studio的特点 Microsoft Robotic Studio（MSRS）是一个用于机器人项目的软件开发包（SDK），它主要包括可视化编程语言，机器人服务和机器人仿真三个主要部分，运行时环境可以工作在目前的机器人技术中使用的各种8、16和32位处理器上。该软件重点是让用户编写简单的模块化命令程序，并如同服务那样动作。这种程序一般不在目标机器人的有限处理器和存储器上运行，而是通过机器人定义的许多通信协议中的一种与机器人进行交互。 基于MRS开发机器人控制软件是使用“服务”概念的程序，就是将机器人的每一个子功能和任务设计成一个个独立的“服务”，该服务可以通过PC与机器人实体有线或者无线的连结来得到机器人实体上传感器的数据，并进行处理，可以向机器人实体发送控制命令，控制机器人的运动。这样的控制软件结构对应了机器人控制中基于行为的控制方法，其中的“服务”就是“行为”的软件实现。在开发机器人软件时还可以使用Microsoft提供的可视化编程语言，
工业机器人控制系统组成及典型结构
工业机器人控制系统组成及典型结构 一、工业机器人控制系统所要达到的功能机器人控制系统是机器人的重要组成部分，用于对操作机的控制，以完成特定的工作任务，其基本功能如下： 1、记忆功能：存储作业顺序、运动路径、运动方式、运动速度和与生产工艺有关的信息。 2、示教功能：离线编程，在线示教，间接示教。在线示教包括示教盒和导引示教两种。 3、与外围设备联系功能：输入和输出接口、通信接口、网络接口、同步接口。 4、坐标设置功能：有关节、绝对、工具、用户自定义四种坐标系。 5、人机接口：示教盒、操作面板、显示屏。 6、传感器接口：位置检测、视觉、触觉、力觉等。 7、位置伺服功能：机器人多轴联动、运动控制、速度和加速度控制、动态补偿等。 8、故障诊断安全保护功能：运行时系统状态监视、故障状态下的安全保护和故障自诊断。 二、工业机器人控制系统的组成 1、控制计算机：控制系统的调度指挥机构。一般为微型机、微处理器有32 位、64 位等如奔腾系列CPU 以及其他类型CPU 。 2、示教盒：示教机器人的工作轨迹和参数设定，以及所有人机交互操作，拥有自己独立的 CPU 以及存储单元，与主计算机之间以串行通信方式实现信息交互。 3、操作面板：由各种操作按键、状态指示灯构成，只完成基本功能操作。 4、硬盘和软盘存储存：储机器人工作程序的外围存储器。 5、数字和模拟量输入输出：各种状态和控制命令的输入或输出。 6、打印机接口：记录需要输出的各种信息。 7、传感器接口：用于信息的自动检测，实现机器人柔顺控制，一般为力觉、触觉和视觉传感器。 8、轴控制器：完成机器人各关节位置、速度和加速度控制。 9、辅助设备控制：用于和机器人配合的辅助设备控制，如手爪变位器等。 10 、通信接口：实现机器人和其他设备的信息交换，一般有串行接口、并行接口等。 11 、网络接口 1) Ethernet 接口：可通过以太网实现数台或单台机器人的直接PC 通信，数据传输速率高达 10Mbit/s ，可直接在PC 上用windows 库函数进行应用程序编程之后，支持TCP/IP 通信协议，通过Ethernet 接口将数据及程序装入各个机器人控制器中。
2018泰雅普积木式开源机器人
2018泰雅普积木式开源机器人 “室内导航挑战赛”竞赛规则/计分表 一、竞赛任务 比赛中，机器人从起点出发，完成倒车入库的任务后找到事先放置在圆形任务区的魔方，将魔方运送到正方形任务区的魔方放置点，之后小车回到到达区。 二、竞赛细则 1、比赛时间和计分方法 每个选手有两轮比赛机会，单轮比赛时间为2分钟。单轮的比赛分=完成任务的分数+时间加成分数。竞赛成绩统计时，取两轮的最好成绩为最终比赛成绩。 2、选手/队伍顺序 单轮比赛中，上一个选手开始比赛时，会通知下一个选手上场准备。在规定时间内（裁判通知后的1分钟内）没有准备好的机器人的队伍将丧失本轮比赛机会，但不影响另一轮的比赛。 3、赛前搭建与调试 参赛队伍机器人可预先搭建和编程，比赛前一天有2小时编程调试时间。每轮比赛开始前，机器人由裁判封存，参赛队员未经允许不得再接触机器人，否则将被取消参赛资格。 4、场地 比赛场地采用彩色写真布，有效尺寸1800mm*1100mm。 从场地上的起点区域出发，各个任务区之间无任何轨迹线引导。 下图是场地图形（该图仅供2017年泰雅普积木式机器人室内导航挑战赛示例参考用，实际场地以泰雅普官方提供或购买为准）：
图1.竞赛场地示意图 5、机器人规格和材料标准 （1）尺寸：机器人在起点区的最大尺寸为25cm×20cm×15cm（长×宽×高），离开出发区后，机器人的机构可以自行伸展，但必需确保通过终点区时的尺寸不大于25cm×20cm×15cm（长×宽×高）。 （2）控制器：每台机器人只允许使用一个控制器 （3）电机：机器人使用的直流电机或舵机数量不超过4个（包含4个）。 （4）传感器：机器人禁止使用带危险性传感器，如激光类传感器。相同类型的传感器数量不超过3个（包含3个）。 （5）电源：每台机器人电源类型不限，但电源输出电压不能超过10V。 三、竞赛任务 1、竞赛任务设置 小学组和中学组任务相同。 2、竞赛中每轮比赛终止说明 （1）机器人到达终点区域，该轮比赛结束； （2）竞赛中机器人脱离场地约束区，该轮比赛结束；
多智能体系统及其协同控制研究进展
多智能体系统及其协同控制研究进展 摘要：:对多智能体系统及其协同控制理论研究和应用方面的发展现状进行了简要概述.首先给出Agent及多Agent 系统的概念和特性等,介绍了研究多Agent系统协同控制时通常用到的代数图论;然后综述了近年来多Agent系统群集运动和协同控制一致性方面的研究状况,并讨论了其在军事、交通运输、智能机器人等方面的成功应用;最后,对多Agent系统未来的发展方向进行了探讨和分析,提出几个具有理论和实践意义的研究方向,以促使多Agent系统及其协同控制理论和应用的深入研究. 关键词：多Agent系统(MAS)；协同控制；代数图论；群集运动；一致性协议 Advances in Multi-Agent Systems and Cooperative Control Abstract: Progress in multi-Agent systems with cooperative controlwas reviewed in terms of theoretical research and its applications. Firs,t concepts and features used to define Agents and multi-Agents were analyzed. Then graph theory was introduced, since it is often used in research on cooperative control of multi-Agent systems. Then advances in swarming/flocking as well as the means used to derive a consensus among multi-Agents under cooperative control were summarized. The application of these abilitieswas discussed for the military, transportation systems,and robotics. Finally, future developments for multi-Agent systemswere considered and significant research problems proposed to help focus research on key questions formulti-Agent systemswith cooperative control. Key words:Multi-Agent system (MAS) ; Cooperative control; Graph theory; Swarming/ flocking; Consensus protocol 分布式人工智能是人工智能领域中一个重要的研究方向,而多Agent系统(multi-Agent systemMAS)则是其一个主要的分支. 20世纪90年代,随着计算机技术、网络技术、通信技术的飞速发展,Agent及MAS的相关研究已经成为控制领域的一个新兴的研究方向.由于Agent体现了人类的社会智能,具有很强的自治性和适应性,因此,越来越多的研究人员开始关注对其理论及应用方面的研究.目前,人们已经将MAS的相关技术应用到交通控制电子商务、多机器人系统、军事等诸多领域.而在MAS中,Agent之间如何在复杂环境中相互协调,共同完成任务则成为这些应用的重要前提.近年来,从控制的角度对MAS进行分析与研究已经成为国内外众多学术机构的关注热点,人们在MAS协同控制问题上做了大量的研究工作,特别是在MAS群集运动控制和协同控制一致性问题方面取得了很大的进展.目前对MAS的研究总体上来说还处于发展的初步阶段,离真正的实用化还有一定的距离;但其广泛的应用性预示着巨大的发展潜力,这必将吸引更多专家、学者投入到这一领域的研究工作中,对MAS的理论及应用做进一步探索.根据上述目的,本文主要概述了多智能体系统(MAS)在协同控制方面的研究现状及其新进展. 1Agent与MAS的相关概念 1.1Agent的概念 Agent一词最早可见于Minsky于1986年出版的《Social of Mind》一书中.国内文献中经常将Agent翻译为:智能体、主体、代理等,但最常见的仍是采用英文“Agent”；因为Agent的概念尚无统一标准,人们对于
嵌入式机器人
嵌入式机器人 以嵌入式计算机为核心的嵌入式系统(Embedded System)是继IT网络技术之后，又一个新的技术发展方向 机器人技术的发展从来就是与嵌入式系统的发展紧密联系在一起的，机器人技术的研究就是嵌入式技术的应用，而嵌入式技术的发展必定促进机器人智能化水平。机器人技术的发展从来就是与嵌入式系统的发展紧密联系在一起的，机器人技术的研究就是嵌入式技术的应用，而嵌入式技术的发展必定促进机器人智能化水平。 现有的大多数机器人，都采用单片机作为控制单元，以8位和16位最为常见，其处理速度较低，没有操作系统，无法实现丰富的多任务功能，系统的潜力没有得到充分的发掘和应用。基于ARM9的机器人视觉系统的目标是在选定好的S3C2410平台上移植并配置Linux操作系统，针对平台和应用的特点，制作合适的文件系统，为机器人视觉系统构建稳定的软硬件开发环境。其次编写应用程序，通过S3C2410平台，从USB摄像头实时采集图像，并利用这款嵌入式处理器的强大运算能力，对图像进行后期的处理，完成目标识别与定位，作为机器人动作单元的输入。最后针对机器人关节所使用的电机，编写特定的设备驱动程序，保证操作系统可准确地控制机器人动作，响应视觉处理的结果，开发一套完整的"机器人视觉系统"。 (1) 视觉系统 采用USB摄像头作为视觉采集器件。其优点是接口通用，驱动丰富，传输速率快。同时，Linux操作系统对于USB设备的支持较好，方便了应用程序的编写和调试。网眼(WebEye)v2000摄像头，采用了ov511芯片(Linux源代码中有相应的驱动程序)，适合用于开发。 这里采用高端的32位嵌入式微处理器：基于ARM体系结构的S3C2410芯片(由三星公司生产)，其主频为200MHz。它提供了丰富的内部设备：分开的16kB指令Cache 和16kB数据CacheMMU虚拟存储器管理、LCD控制器、支持NAND Flash系统引导、系统管理器、3通道UART、4通道DMA、4通道PWM定时器、I/O端口、RTC、8通道10位ADC和触摸屏接口、IIC-BUS接口、USB主机、USB设备、SD主卡和MMC 卡接口、2通道的SPI以及内部PLL时钟倍频器。S3C2410采用了ARM920T内核，0.18μm工艺的CMOS标准宏单元和存储器单元。 (2) 硬件平台组成 一块核心母板，配备CPU、16MB的NOR Flash、64MB的NAND Flash、32MB 的SDRAM，并设置系统从NAND Flash启动；一块外设电路板，负责系统和外设器件
机器人控制技术论文
摘要 为使机器人完成各种任务和动作所执行的各种控制手段。作为计算机系统中的关键技术，计算机控制技术包括范围十分广泛，从机器人智能、任务描述到运动控制和伺服控制等技术。既包括实现控制所需的各种硬件系统，又包括各种软件系统。最早的机器人采用顺序控制方式，随着计算机的发展，机器人采用计算机系统来综合实现机电装置的功能，并采用示教再现的控制方式。随着信息技术和控制技术的发展，以及机器人应用范围的扩大，机器人控制技术正朝着智能化的方向发展，出现了离线编程、任务级语言、多传感器信息融合、智能行为控制等新技术。多种技术的发展将促进智能机器人的实现。 当今的自动控制技术都是基于反馈的概念。反馈理论的要素包括三个部分：测量、比较和执行。测量关心的变量，与期望值相比较，用这个误差纠正调节控制系统的响应。这个理论和应用自动控制的关键是，做出正确的测量和比较后，如何才能更好地纠正系统。 PID（比例-积分-微分）控制器作为最早实用化的控制器已有50多年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。 它由于用途广泛、使用灵活，已有系列化产品，使用中只需设定三个参数（Kp，Ti 和Td）即可。在很多情况下，并不一定需要全部三个单元，可以取其中的一到两个单元，但比例控制单元是必不可少的。 关键词：机器人，机器人控制，PID，自动控制
目录 摘要.......................................................... I 第1章绪论................................................ - 1 - 1.1机器人控制系统 (1) 1.2机器人控制的关键技术 (1) 第2章机器人PID控制...................................... - 2 - 2.1PID控制器的组成 (2) 2.2PID控制器的研究现状 (2) 2.3PID控制器的不足 (3) 第3章 PID控制的原理和特点 ................................ - 4 - 3.1PID控制的原理 (4) 3.2PID控制的特点 (5) 第4章 PID控制器的参数整定 ................................ - 5 -后记...................................................... - 6 -
基于ARM的嵌入式系统在机器人控制系统中的应用.
基于ARM的嵌入式系统在机器人控制系统中的应用 摘要:依据现代机器人技术的发展特点，提出了一种基于ARM （AdvancedRISCMicroprocessor）、DSP和arm-linux的嵌入式机器人控制系统的设计方法，介绍了嵌入式系统，给出了功能设计、结构设计、硬件设计、软件设计的控制系统的设计过程，并分别从上述各方面对控制系统的通用性进行了探讨。层次化的体系结构、模块化的硬件、结构化的软件使得设计出的机器人控制系统经过简单的硬件调整和软件定制，就能适用于多种机器人。通过七自由度串 摘要: 依据现代机器人技术的发展特点，提出了一种基于ARM （Advanced RISC Microprocessor）、DSP和arm-linux的嵌入式机器人控制系统的设计方法，介绍了嵌入式系统，给出了功能设计、结构设计、硬件设计、软件设计的控制系统的设计过程，并分别从上述各方面对控制系统的通用性进行了探讨。层次化的体系结构、模块化的硬件、结构化的软件使得设计出的机器人控制系统经过简单的硬件调整和软件定制，就能适用于多种机器人。通过七自由度串联机器人抓取工件的实例验证，该机器人控制系统性能稳定、具有一定的通用性。 关键词: 嵌入式系统，控制系统，ARM，机器人 1 前言 随着科学技术的发展，机器人将在太空探测、救灾防爆、海洋开发等领域有着广阔的应用前景，因而其发展正在成为国内外研究人员关注的焦点[1,2,3]。分析上述各种用途的机器人，其构成不外乎机构本题和控制系统两大部分。机构本体在体现机器人特色的同时，也决定了其必然是无人系统，在恶劣的环境下，机器人要具备一定的自主能力。这就要求机器人有一定的“判断能力”和“想法”，需要复杂的算法，包括运动算法和模式识别算法。一般的微处理器是无法完成这项任务，而上述各种机器人又无法使用计算机控制作业，32位微处理器和嵌入式操作系统的出现解决了此问题。 嵌入式系统是指以应用为核心、以计算机技术为基础、软硬件可裁剪，以及适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗严格要求的专用计算机系统[4,5,6,7]。作为嵌入式系统的核心，嵌入式微处理器为8位、16位或32微处理器。但由于8位和16位微处理器的运行速度、寻址能力和功耗等问题，已较难满足相对复杂的嵌入式应用场合。在32位嵌入式应用领域内，ARM （Advanced RISC Machine）获得了巨大的成功[8,9,10,11]。ARM微处理器一般具有体积小、低功耗、低成本、高性能的特点;例如，由于它有大量的使用寄存器，指令执行速度更快，于是大多数数据操作都在寄存器中完成;它的寻址方式灵活简单，执行效率高，指令长度固定等。在ARM中，可以嵌入嵌入式操作系统，在此系统上可完成复杂的算法，可以代替PC机完成各种任务。
机器人系统常用仿真软件介绍
1 主要介绍以下七种仿真平台(侧重移动机器人仿真而非机械臂等工业机器人仿真)： 1.1 USARSim-Unified System for Automation and Robot Simulation USARSim是一个基于虚拟竞技场引擎设计高保真多机器人环境仿真平台。主要针对地面机器人，可以被用于研究和教学，除此之外，USARSim是RoboCup救援虚拟机器人竞赛和虚拟制造自动化竞赛的基础平台。使用开放动力学引擎ODE(Open Dynamics Engine)，支持三维的渲染和物理模拟，较高可配置性和可扩展性，与Player兼容，采用分层控制系统，开放接口结构模拟功能和工具框架模块。机器人控制可以通过虚拟脚本编程或网络连接使用UDP协议实现。被广泛应用于机器人仿真、训练军队新兵、消防及搜寻和营救任务的研究。机器人和环境可以通过第三方软件进行生成。软件遵循免费GPL条款，多平台支持可以安装并运行在Linux、Windows和MacOS操作系统上。 1.2 Simbad Simbad是基于Java3D的用于科研和教育目的多机器人仿真平台。主要专注于研究人员和编程人员热衷的多机器人系统中人工智能、机器学习和更多通用的人工智能算法一些简单的基本问题。它拥有可编程机器人控制器，可定制环境和自定义配置传感器模块等功能，采用3D虚拟传感技术，支持单或多机器人仿真，提供神经网络和进化算法等工具箱。软件开发容易，开源，基于GNU协议，不支持物理计算，可以运行在任何支持包含Java3D库的Java客户端系统上。 1.3 Webots Webots是一个具备建模、编程和仿真移动机器人开发平台，主要用于地面机器人仿真。用户可以在一个共享的环境中设计多种复杂的异构机器人，可以自定义环境大小，环境中所有物体的属性包括形状、颜色、文字、质量、功能等也都可由用户来进行自由配置，它使用ODE检测物体碰撞和模拟刚性结构的动力学特性，可以精确的模拟物体速度、惯性和摩擦力等物理属性。每个机器人可以装配大量可供选择的仿真传感器和驱动器，机器人的控制器可以通过内部集成化开发环境或者第三方开发环境进行编程，控制器程序可以用C，C++等编写，机器人每个行为都可以在真实世界中测试。支持大量机器人模型如khepera、pioneer2、aibo等，也可以导入自己定义的机器人。全球有超过750个高校和研究中心使用该仿真软件，但需要付费，支持各主流操作系统包括Linux, Windows和MacOS。 1.4 MRDS-Microsoft Robotics Developer Studio MRDS是微软开发的一款基于Windows环境、网络化、基于服务框架结构的机器人控制仿真平台，使用PhysX物理引擎，是目前保真度最高的仿真引擎之一，主要针对学术、爱好者和商业开发，支持大量的机器人软硬件。MRDS是基于实时并发协调同步CCR(Concurrency and Coordination Runtime)和分布式软件服务DSS(Decentralized Software Services)，进行异步并行任务管理并允许多种服务协调管理获得复杂的行为，提供可视化编程语言(VPL)和可视化仿真环境(VSE)。支持主流的商业机器人，主要编程语言为C#，非商业应用免费，但只支持在Windows操作系统下进行开发。 1.5 PSG-Player/Stage/Gazebo
多机器人协作系统的设计与实现
随着科学技术的不断发展，机器人的能力不断提高，机器人的应用领域和范围在不断的扩展，与此同时，机器人的工作环境以及任务复杂度也在逐步上升，单个机器人越来越难以满足需求，而多机器人系统凭着其在任务适用性、经济性、最优性、鲁棒性、可扩展性等方面表现出极大的优越性，目前已成为机器人领域最为热门的研究课题之一，多机器人协调合作作为一种全新的机器人应用形式，正日益受到国内外的关注。 自上世纪40年代中，Walter Wiener和Shannon在研究龟型机器人时，就发现这些简单个体在互相作用中能反映出“复杂的群体行为”其后，80年代末建立了首个多智能体的多机器人系统，多机器人系统在应用和理论研究上都有了长足进展。[1]多机器人系统的最重要特征和关键指标最早由Noreils定义为:多个机器人协同工作,完成单个机器人无法完成的任务,或改善工作过程,并获得更优的系统性能。由此也能看出对比单个机器人，多机器人系统的巨大优势。正因为多机器人系统有着如此众多的优点，欧美各国都在多机器人系统领域上大量投入，如：美国国防高级研究计划局涉及到多机器人作战平台研究包括MARS-2020、TASK、TMR和SDR等,欧盟也很早开始研究多机器人协同搬运的MARTHA 项目，日本则将精力更多投入在仿生多机器人系统上。[2]相比国外，国内的多机器人系统研究起步较晚，但发展速度很快，各大高校都展开了各自的研究工作，并在国际多机器人足球赛上屡获佳绩，证明我国在多机器人的技术研究方面有了巨大进步。 根据协作机制的不同，多机器人系统可分为：无意识协作和有意识协作两类，无意识协作乃是数量众多的简单个体通过本地交换得到全局突现行为，从而获得高层协作行为，有意识协作则是，拥有全局目标且数量较少、个体智能水平较高的个体组成的多机器人系统，主要依赖规划提高效率，对通信要求较高，对协调控制机制依赖性大。无意识协作系统主要是模仿社会性生物群落的运行机制，适用于大空间、无时间要求的重复性任务，而有意识协作适用于更加复杂的任务。[2] 对于有意识协作的多机器人系统而言，必须具备以下三个特点：合理的系统体系结构、正确的环境感知能力、优化的决策控制能力。首先，系统体系结构定义了整个系统内的各机器人之间的相互关系和功能分配,确定了系统和各机器人之间的信息流通关系及其逻辑上的拓扑结构,决定了任务分解和角色分配、规划及执行等操作的运行机制,提供了机器人活动和交互的框架。在这方面国外提出了许多系统结构，如：日本Asama等提出的ACTRESS系统结构，美国学者Beni等研究的SW ARM系统结构等。[2] 然而对于任意一个系统体系结构，都必须有良好的组织结构、通信方式和控制结构，多机器人系统的组织结构可分为：集中控制结构和分散控制结构，而分散控制结构又可分为分布控制结构以及混合控制结构，集中式结构适合强协调任务，主机器人拥有完全控制权，此种结构实时性和动态性差，结构不灵活、鲁棒性差。分布式结构适合弱协调任务，该结构提高了拓展性和鲁棒性，但对通信要求较高，不保证全局最优解。混合式结构是集中式和分布结构的互补，提高了系统的灵活性和协调效率，但复杂性高，不易实现。[3] 对于通信方面来说，机器人之间的通信方式可分为隐式通行和显式通信，隐式通信利用机器人的行为对产生环境的变化来影响其他机器人的行为，显式通信则需要专用硬件通信设备以及复杂的信息表示模型。控制结构则可分为：反应式和慎思式。多机器人系统要实现优化决策,并获得良好的协调控制性能,必须依赖于准确可靠的环境感知能力，现在热门的重点是信息融合以及协同定位。多机器人的协作是从系统整体规划上减小冲突概率,减少资源浪费,保证系统的最优性.协作机制可以存在于机器人的控制结构、通信机制和相互作用中,并主要表现为任务分配问题机器人的任务分配问题在不同情况下可分别看作最优分配问、整数线性规划问题、调度问题、网络流问题和组合优化问题[4],其解决方法主要有基于行为的分配方法、市场机制方法、群体智能方法、基于线性规划的方法、基于情感招募的方法和基于空闲链的方法等。
机器人操作系统ROS典型功能实现方法详解
机器人操作系统R O S典 型功能实现方法详解 Pleasure Group Office【T985AB-B866SYT-B182C-BS682T-STT18】
机器人操作系统ROS: 典型功能实现方法详解 李宝全ROS体系 版本： Hydro 2013-09-04 Groovy 2012-12-31 Fuerte 2012-04-23 Electric Diamondback ROS是一种分布式的处理框架。 文件系统：在硬盘上查看的ROS源代码的组织形式 包 Package： 含有或 比如下文中的turtlebot_teleop，turtlebot_bringup。 堆：Stack 包的集合 含有 编译方法： catkin：Groovy及以后版本 rosbuild：用于Fuerte及以前版本 常用命令： rostopic list；列出系统中的所有Topic rosdep：安装依赖包，例如 rosdep install rosaria 安装时，需要先建一个工作空间，然后把gitgub网站上相应的包下载到src文件夹下，再执行该语句。具体见“ROSARIA配置与运行”一节。
环境变量设置：export 例如： export ROS_HOSTNAME=marvin export ROS_MASTER_URI= Bulks给的一些有用的命令 rosnode info /rosaria_teleop_key_1 rosrun rqt_robot_steering rqt_robot_steering rosrun rqt_gui rqt_gui rostopic help rosnode help rosnode info /RosAria rosnode info /rosaria_teleop_key_1 rosnode list echo $ROS_HOSTNAME ROS安装 安装教程： 安装keys 安装 使Debian包为最新：sudo apt-get update Full安装：sudo apt-get install ros-hydro-desktop-full 会出现一个界面，利用Tab选择Yes即可 成功则提示：ldconfig deferred processing now taking place 找到可以使用的包： apt-cache search ros-hydro 初始化rosdep sudo rosdep init rosdep update 环境设置 echo "source /opt/ros/hydro/" >> ~/.bashrc source ~/.bashrc 得到rosintall sudo apt-get install python-rosinstall TurtleBot 配置与运行 介绍TurtleBot的主页面（安装&运行）： TurtleBot包(Package)的安装过程 安装（/// ）：按照Debs Installation按照方法来安装： 1.首先安装：> sudo apt-get install ros-hydro-turtlebot ros-hydro-turtlebot-apps ros-hydro- turtlebot-viz ros-hydro-turtlebot-simulator ros-hydro-kobuki-ftdi 2.之后加入sourse的bash中：> . /opt/ros/hydro/. 说明： a)在终端中输入这一行后很快就结束. b)效果是在.bashrc（Home中的隐藏文件）的最后一行加入了"source /opt/ros/hydro/", c)效果等效于命令> echo "source /opt/ros/hydro/" >> ~/.bashrc. 这样的话就不用每次启 动都输入命令“source /opt/ros/hydro/”了. d)这个好像在安装ROS时已经执行过了，不需要再执行一次吧 3.之后加入kobuki的udev规则：> rosrun kobuki_ftdi create_udev_rules 安装完之后还需要加入网络时间控制（/// ）, 否则与kokuki无法通讯. 1.首先安装chrony：sudo apt-get install chrony 问题：我重装系统后再安装turtlebot后，连接不上kokuki，但能正常连接Kinect。在命令
机器人与自动化技术
机器人与自动化技术 “机器人、无处不在的屏幕、语音交互，这些都将改变我们看待‘电脑’的方式。一旦看、听、阅读能力得到提升，你就可以以新的方式进行交互。”----比尔?盖茨在某电视节目中，预测未来科技领域的下一件大事时表示：机器人与自动化技术将成为未来发展的一大趋势，可以改变世界！ 工业机器人的应用，正从汽车工业向一般工业延伸，除了金属加工、食品饮料、塑料橡胶、3C、医药等行业，机器人在风能、太阳能、交通运输、建筑材料、物流甚至废品处理等行业都可以大有作为。 当然，即将“改变世界”的机器人不仅仅具有代替人工的价值，在很多人类无法实现的领域也将出现机器人的身影。譬如，派送采矿机器人到月球和小行星上采挖稀土矿，将有望成为现实。 而更令比尔?盖茨寄予厚望的是机器人将像“电脑”一样改变人类的生活。 日本早稻田大学研究人员推出一种新型仿人型家务机器人。它集安全性、可靠性和灵巧性于一身，还具有仿人脸的外观。在工作时，它将一名男子抱下床，与他聊天并为他准备早餐。由于拥有和成年女性大小相当的灵巧双臂、双手，这种机器人能够用夹子将面包从面包机中取出，而丝毫不弄碎它。 英国阿伯丁大学启动了一项新的研究计划，在3年内研发出允许机器人与人类进行交谈，甚至讨论具体决定的系统……。 作为先进制造业中不可替代的重要装备，工业机器人已经成为衡量一个国家制造水平和科技水平的重要标志。 在机器人市场中，目前80%的市场份额仍由跨国公司占有，其中瑞典ABB、日本发那科FANUC、日本安川yaskawa和德国库卡KUKA四大企业则是市场第一梯队的“四大金刚”。其它有瑞士史陶比尔Staubli、德国克鲁斯CLOOS、德国百格拉、德国徕斯、德国斯图加特航空航天自动化集团（STUAA）、意太利瀚博士hanbs、意大利柯马COMAU、英国Auto Tech Robotics等。 目前国内生产机器人的企业主要有：中科院沈阳新松机器人自动化股份有限公司、芜湖埃夫特智能装备有限公司、上海新时达机器人有限公司、安川首钢机器人有限公司、哈工大海 尔机器人有限公司、南京埃斯顿机器人工程有限公司、广州数控设备有限公司、上海沃迪自动化装备股份有限公司等。 2015年，中国机器人市场需求预计将达35000台，占全球比重16.9％，成为全球规模最大的市场。 一、机器人的系统构成 由3大部分6个子系统组成。 3大部分是：机械部分、传感部分、控制部分。 6个子系统是：驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人-环境交互系统、人-机交互系统、控制系统。
基于开源软件Ardusub的水下机器人ROV控制系统
基于开源软件Ardusub的水下机器人ROV控制系统 摘要：随着海洋资源开发以及水下领域作业任务的增加，水下机器人在水下作 业中发挥着越来越重要的作用。ROV作为水下作业的重要工具，对运动控制算法 要求较高，采用开源软件ArduSub，结合一种模糊串级PID控制算法实现ROV控 制系统的设计，重点对ArduSub的特点、适应配置及PID控制算法原理，包含运 动和姿态方面进行了阐述，能够良好实现ROV的水下控制。 1引言 随着海洋资源开发以及水下领域作业任务的增加，水下机器人在水下作业中 发挥着越来越重要的作用。其中ROV续航持久，成本相对较低，逐渐成为水下作 业的重要工具。ROV工作于水下环境，具有非线性、易受环境影响等特点，对运 动控制算法要求较高，同时要求整个控制系统要有较好的实时性和可靠性。 2开源软件ArduSub简介 ArduSub水下机器人的控制器是一个完整的开源解决方案，提供远程操作控 制(通过智能潜水模式)和全自动的执行任务。作为DroneCode软件平台的一部分，它能够无缝地使用地面控制站的软件，可以监控车辆遥测和执行强大的任务规划 活动。它还受益于DroneCode平台的其他部分，包括模拟器，日志分析工具，为 车辆管理和控制和更高层次的api。 其主要特点在于以下几个方面： 反馈控制和稳定性：ArduSub控制器基于多旋翼自动驾驶系统，具有精确的 反馈控制，可主动维持方向。 深度保持：使用基于压力的深度传感器，ArduSub控制器可以将深度保持在 几厘米内。 航向保持：默认情况下，ArduSub在未命令转动时自动保持其航向。 相机倾斜：通过操纵杆或游戏手柄控制器与伺服或万向节电机进行相机倾斜 控制。 灯光控制：通过操纵杆或游戏手柄控制器控制海底照明。 无需编程：ArduSub控制器适用于各种ROV配置，无需任何自定义编程。大 多数参数可以通过地面控制站轻松更改。 兼容性好：ArduSub兼容许多不同的ROV框架，支持PWM输出。 由于以上特征，使得ArduSub成为一款可以很好适用于水下机器人RPV控制 系统的开源软件。 ArduSub兼容基于串行和以太网的通信接口。使用的硬件自动驾驶仪必须支 持选择的选项。Pixhawk仅支持串行连接，但可以通过配套计算机连接到以太网。其他autopilots原生支持以太网。ArduSub软件主要用于通过ArduSub进行接口，ArduSub是一种开源的跨平台用户界面，适用于所有类型的无人机。该接口通过 系绳连接到ArduSub控制器并显示车辆状态信息，并允许更新参数和设置。最重 要的是，QGC与用于指挥车辆的操纵杆或游戏手柄控制器连接。 ArduSub包含一个高级的电机库，支持多个框架，例如具有6自由度推进器 定位的BlueROV配置（图1所示）、带有并排垂直推进器的矢量ROV（图2所示）、采用单垂直推进器的ROV（图3所示）等等。 在传感器和执行器方面，除了标准的板载传感器（IMU，指南针），ArduSub