[机械模具数控自动化专业毕业设计外文文献及翻译]【期刊】在机械设计和建造的流动室外多地形机器人-中文翻译

附件 1：外文 资 料翻 译译 文 在机械设计和建造的流动室外多地形机器人 摘要： 本文介绍的设计和建造低成本履带机器人用于在各种地形不规则室外使用。这种机器的许多组件不能被商业化，因此被定制生产。由此生产的车辆，能够运载 100 公斤的载荷，可至少运作 1 个小时，能同时应对天气和地面的变化。该机器人配备了足够的处理能力，最终使得传感器有能力自主完成指定的任务。 关键词： 多地形机器人，户外机器人，机电一体化 1 引言 在怀卡托大学机电集团兴建了自主移动机器人车队 1，来探测室内表面的平坦 2以及水下和平坦的户外地形 4。为实现这一车队，一种低成本且能够穿越不规则户外地形机器人是必需的。成本低，在这种情况下指少于总机械元件成本的2000 美元。新西兰有显著的农业，园艺和造林行业。潜在应用的多地形机器人包括自动牧场管理系统（与便携式辐射绿色干物质结合的传感器来自怀卡托大学），自动化树“存货管理干净”的森林环境和自动化设备的除草，喷洒和收获的作物。 户外作业的机器人正变得越来越流行，尤其是涉及苛刻（火山和地球外表面），并在战斗或暴乱区也有人类生命危险的环境条件的任务。例如，第一和第二但丁 5（图 1），由外地机器人中心，卡内基梅隆大学研制开发了探索活火山的内脏，进行采样和其他火山气体构成的分析。但丁爆发后不久，我就开始下降但丁在南极洲山埃里伯斯系绳，但第二但丁成功收集的范围从阿拉斯加的阿留申山斯珀尔高温火山到喷气孔的气体样本。使用系绳电缆，这些机器人能够降到纯粹的陨石坑壁的弹跳，以这样的方式，可以跨过小于 1 米高的障碍。考虑到那些尝试考察火山的学家的高死亡率，但丁机器人可能会越来越多地被利用。来自美国国家航空和航天局对这些机器人的资金投入表明了对这种多潜力的行星探索结构的关注。 另一个引人注目的多地形机器人是火星旅居机器人 6（图 2）的喷气推进实验室开发的。这是一个只有 11.5 公斤，能运载 600 公斤载荷的机器人，可以工作在温度低至 -80的环境下。它采用摇杆转向架悬挂系统，驾驶六轮无轴平台。机箱 图 1 但丁第二多足机器人 图 2 火星旅居者多轮式机器人 是一个轻量级的铝结构美晨推动直流电机与地球行星齿轮箱。该系统运动学上适应几何地形和可以通过车轮直径两倍的障碍。主电源是在该车辆的顶部安装了一个 16 周平板超过 200 个太阳能光伏电池。二次电源从三个不能充电得锂亚硫酰氯电池中来（在 -20每组电池包含三个额定 8Ah 的电池）。 虽然它们完成的具体任务，所涉及的元件成本与但丁和旅居项目是远远超出了这个项目的资源。更为现实的商业多地形系统，可用于购买，例如：先锋 P3-AT7。据称，这种机器人能攀登百分之 45 级的 9 厘米门槛，可携带 30 公斤的有效载荷。在一个平面层，它可以以 0.7 米 / s 的速度移动运行 3 至 6 小时，但在图3 所示 ，沼泽或崎岖，将严重挑战 P3 - AT 的稳定性和实用性。此外，在美国还有以 20， 000 元的价格（取决于具体配置）显然超出了许多机器人的开发预算。 卡特彼勒履带机器人（与之相比，走路，甚至蛇形轮式机器人）无论在商业或学术机构都格外难以找到。在御夫座 8目前正在建设的工程学统计部门验证共需全自动“蒂卡，大学德马”拉加，但有关该设备的具体细节很难获得。零的开始 9是由隆德大学认知科学组尝试，但是从没有很好的完成任务，所以费用由他们自己出。卵石 10的人工智能实验室，美国麻省理工学院，是一个小规模，低载荷履带轨机器人，作为一种形式设计的火星车，但实在太小，不能进行任何严重的有效载荷。在 Eye Track 11由机电和电子的西澳大利亚大学工程系，虽然安装了导轨，实际上就是一个修改的模型车。 在另一个极端，地面监视机器人（金沙江） 12的空间和海战系统中心，圣地亚 图 3 先锋 P3-AT 全地形机器人 图 4 MPRS 组态 哥，加利福尼亚州，使用修改 7 吨的 M - 114 装甲机器人平台为载体的个人发展。 塔玛的便携式机器人系统（ MPRS） 13，由美国国防部资助的，是一个中等大小的履带轨机器人。其传感器包括三进两侧视声纳，两个五年夏普元素阵列近红外三角测距传感器，精确导航电子指南针，四个微型双卤素前大灯和针孔摄影机，摄像系统有能力倾斜 90以上或以下的水平，附加驱动摄像系统随后补充，以加强有关感知障碍，一个人操作的角度方向看车。该平台是修改后的福斯特，米勒莱明基地，目的是完全可逆（它不可以被倒放或正面朝上）和潜水功能（图 4）。它的大致尺寸为 500 毫米 39 毫米 20 毫米（长宽高）的 2-6 小时操作时间（使用电池而定）。虽然这个系统接近所需要的，其中大部分装置还处在手工制作程度，并有几十万美元的价格。由于没有什么合适的可以提供，决定由现时的作者创建自己的多地形机器人。一旦建成，机器将配备足够的传感器和情报自行操作。虽然自主导航和其他问题，特别是有关发展和就业的一个多地形自主车，这些问题将不涉及本文件。重点是，相反的，是在设计和车辆的机械部件施工的规定，该设施必须对高层次软件算法存在，将在以后实施。 2 说明书 机器人的初始户外操作环境是牧场和新西兰怀卡托地区的森林。可以预计，将环境温度大约在 -5 至 32，湿度在 20 至百分之 100 的地面条件范围将包括平坦坚硬的表面，水涝泥泞的地面，道路覆盖着松散的岩石和石块，并与（小于 0.3米高）碎片覆盖地形。该设备必须是尖端性，并能够坡地遍历。它必须能抵御各种天气不受飞溅的影响，或者被盖满泥土也不受影响。高速并不重要，但良好的机动性，是能够促进躲避障障的。设计应该让未来的传感器很容易添加和执行，能支持外在有效载荷 100 公斤。最后，设备必须具备足够的人工智能程序，并能够以自主的方式运作至少 1 个小时。 3 方法 在对室内安全作为机器人开发的机器人设计过程中修订的形式（详见参考文献 2）是采用符合下列要求的位置： 1适当的运动形式适合于预期的地形挑选，可以达到设定的速度，稳定性和操纵性要求，同时很容易被控制和成本低。 2一个合适的电机和传输系统是必须的。 3电力需求近似按照车的要求选择了预期持续 2 个巡逻。 4根据要求 3 的结果，估计需要的电力需求的传感器，致动器、电子 (包括计算机板 )被添加到形式的近似电压供电能力要求，机器人将会需要。 5注意要求 4 的这个结果，适合的电源被选中。 6马达，传动和电池或电池形成了机器人的质量的重要部分。既然选择这些组件，一个底盘的设计草案已经制作了这些组件已低到极限（以便提供尽可能稳定机器人），而不是太低，该机器人可以预料穿越障碍犯规。如前所述该机箱设计达到操纵性和稳定性的要求。 7该基地的要求 6，底盘的设计延伸，以纳入传感器和电子设备。在底盘设计和安装的所有组成部分，并指出了电子产品需要保护外壳。 8这些传感器与致动器被连接到控制电路。 9该软件控制系统的建立是为了操作设备。 4 运动 该机器人的运动形式必须能够在粗糙和崎岖地带运作。没有可以假设的坚实地形，设备必须能穿越沼泽领域以及干燥无情的路径。自行车或三轮车轮式安排有问题，滚轮和方向盘稳定的确很容易与地面失去接触。四或多轮的安排（如火星旅居者）提供了一个非常稳定的平台，并在每表面负荷减少了车轮区，一种属性，特别是在软，宽松和沼泽的地形有利。理想的多轮驱动装置将与全轮驱动悬挂系统动态调整。然而，这种类型的系统需要复杂的力学与相关的成本增加。 设计一个腿排列将进一步增加复杂性。双足单位如本