Theory and Application2.1 Robot Har

Theory and Application
2.1 Robot Hardware
2.1.1 Sensors
Sensors are the perceptual interface between robots and
Figure 1: Laser Range Scanner
their environment. 1 On the one hand we have passive sensors like cameras, which capture signals that are generated by other sources in the environment. On the other hand we have active sensors (for example sonar, radar, laser) which emit energy into the environment. This energy is reflected by objects in the environment. These reflections can then be used to gather the information needed. Generally active sensors provide more information than passive sensors. But they also consume more power. This can lead to a problem on mobile robots which need to take their energy with them in batteries. We have three types of sensors (no matter whether sensors are active or passive). These are sensors that either • record distances to objects or • generate an entire image of the environment or • measure a property of the robot itself. Many mobile robots make use of range finders, which measure distance to nearby objects. A common type is the sonar sensor (see [6] for an example). Alternatives to sonar include radar and laser (see Figure 1). Some range sensors measure very short or very long distances. Close-range sensors are often tactile sensors such as whiskers, bump panels and touch-sensitive skin. The other extreme are long-range sensors like the Global Positioning System (GPS, see [8, 10]). The second important class of sensors are imaging sensors. These are cameras that provide images of the environment that can then be analyzed using computer vision and image recognition techniques.
1For an overview of available sensor hardware especially for small robots see [4].
2
The third important class are proprioceptive sensors. These inform the robot of its own state. To measure the exact configuration of a robotic joint motors are often equipped with shaft decoders that count the revolution of motors in small increments. Another way of measuring the state of the robot is to use force and torque sensors. These are especially needed when the robot handles fragile objects or objects whose exact shape and location is unknown. Imagine a ton robot manipulator screwing in a light bulb.
2.1.2 Effectors
Effectors are the means by which robots manipulate the environment, move and change the shape of their bodies. To understand the ability of a robot to interact with the physical world we will use the abstract concept of a degree of freedom (DOF). We count one degree of freedom for each independent direction in which a robot, or one of its effectors can move. As an example lets contemplate a rigid robot like an autonomous underwater vehicle (AUV). It has six degrees of freedom, three for its (x,y,z) location in space and three for its angular orientation (also known as yaw, roll and pitch). These DOFs define the kinematic state of the robot. This can be extended with another dimension that gives the rate of change of each kinematic dimension. This is called dynamic state. Robots with nonrigid bodies may have additional DOFs. For example a human wrist has three degrees of freedom – it can move up and down, side to side and can also rotate. Robot joints have 1, 2, or 3 degrees of freedom each. Six degrees of freedom are required to place an object, such as a hand, at a particular point in a particular orientation. The manipulator shown in Figure 2 has exactly six de
Figure 2: The Stanford Manipulator [12]
grees of freedom, created by five revolute joints (R) and one prismatic joint (P). Revolute joints generate rotational motion while the prismatic joints generates sliding motion. If you take your arm as an example you will notice, that it has more than six degrees of freedom. If you put your hand on the table you still have the freedom to rotate your elbow. Manipulators which have more degrees of freedom than required to place an end effector to a target location are easier to control than robots having only the minimum number of DOFs. Mobile robots are somewhat special. The number of degrees of freedom do not need to have corresponding actuated elements. Think of a car. It can move forward or backward, and it can turn, giving it two DOFs. But if you describe the car’s kinematic configuration you will notice that it is three-dimensional. On a flat surface like a parking site you can maneuver your car to any (x,y) point, in any orientation. You see that the car has 3 effective DOFs but only 2 controllable DOFs. We say a robot is nonholonomic if it has more effective DOFs than controllable DOFs and holonomic if the two numbers are the same. Holonomic robots are easier to control than nonholonomic (think of parking a car: it would be much easier to be able to move the car sideways). But holonomic robots are mechanically more complex. Most manipulators and robot arms are holonomic and most mobile robots are nonholonomic.
2.1.3 Movement
For mobile robots a special group of effectors are the mechanisms the robot uses for locomotion, including wheels, tracks, and legs. The differential drive consists of two independently actuated wheels – one on each side. If both wheels move at the same velocity, the robot moves on a straight line2. If they move in opposite directions, the robot turns on the spot. An alternative is the synchro drive3, in which each wheel can move and turn around its own axis. This could easily lead to chaos. But if you assure the constraint that all wheels always point in the same direction and move with the same speed your robot is save.
2If you have ever tried to implement that (for example with a Lego Mindstorm) you know this can become hard especially with cheap hardware, see [7] 3Staying with the Mindstorm example you might want to have a look at [1].
3
Both differential and synchro drives are nonholonomic. Some more expensive robots use holonomic drives, which usually involve three or more wheels and can be oriented and moved independently.
2.1.4 Power Sources
Robots need a power source to drive their effectors. The most popular mechanism for both manipulator actuation and locomotion is the electric motor. Other possible ways are pneumatic actuation using compressed gas and hydraulic actuation using pressurized fluids. They have their application niches but are not widely used.
2.1.5 Bits and Pieces
Most robots have some kind of digital communication like wireless networks. Especially today those modules get cheaper. They can be used for communication between robots or for some kind of back link to the robots home station. Finally you need a body frame to hang all the bits and pieces.
2.2 Robotic Perception
A robot receives raw sensor data from its sensors. It has to map those measurements into an internal representation to formalize this data. This process is called robotic perception. This is a difficult process since in general the sensors are noisy and the environment is partially observable, unpredictable, and often dynamic. Good representation should meet three criteria: They should • contain enough information for the robot to make a right decision • be structured in a way that it can be updated efficiently • be natural, meaning that internal variables correspond to natural state variables in the physical world Filtering and updating the belief state is not covered here as it was covered in earlier presentations. Some topics are Kalman filters and dynamic Bayes nets. Information can also be found in [12] chapter 15.
2.2.1 Where am I? (Localization)
A very generic perception task is localization. It is the problem of determining where things are. Localization is one of the most pervasive perception problems in robotics. Knowing the location of objects in the environment that the robot has to deal with is the base for making any successful interaction with the physical world – manipulators have to know where the objects are they have to manipulate and mobile robots need to know where they are in order to find their way to a defined target location. There are three increasingly difficult flavors of localization problems: • Tracking – If the initial state of the object to be localized is known you can just track this object. • Global localization – In this case the initial location of the object is unknown you first have to find the object. After you found it this becomes a tracking problem. • Kidnapping – This is the most difficult task. We take the object the robot is looking for and place it somewhere else. Now the robot again has to localize the object without knowing anything about the object’s location. Kidnapping is often used to test the robustness of a localization technique under extreme conditions.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

ทฤษฎีและการประยุกต์ใช้2.1 หุ่นยนต์ฮาร์ดแวร์2.1.1 เซ็นเซอร์เซนเซอร์มีอินเทอร์เฟซ perceptual ระหว่างหุ่นยนต์ และรูปที่ 1: ช่วงเลเซอร์สแกนเนอร์สภาพแวดล้อมของพวกเขา 1 คงเรามีเซนเซอร์แฝงเช่นกล้อง สัญญาณที่จับภาพที่สร้างขึ้น โดยแหล่งอื่น ๆ ในสิ่งแวดล้อม ในทางกลับกัน เรามีใช้งานเซนเซอร์ (เช่นโซนาร์ เรดาร์ เลเซอร์) ที่ปล่อยพลังงานเข้าไปในสิ่งแวดล้อม พลังงานนี้คือ reflected โดยวัตถุในสิ่งแวดล้อม แล้วใช้ reflections เหล่านี้เพื่อรวบรวมข้อมูลที่จำเป็น โดยทั่วไปใช้งานเซนเซอร์ให้ข้อมูลเพิ่มเติมกว่าเซ็นเซอร์ที่แฝง แต่พวกเขาใช้พลังงานมาก นี้สามารถนำไปสู่ปัญหาในหุ่นยนต์เคลื่อนที่จำเป็นต้องใช้พลังงานของพวกเขากับพวกเขาในแบตเตอรี่ เรามีสามชนิดของเซนเซอร์ (ไม่ว่าเซนเซอร์ใช้งานอยู่ หรือแฝง) เหล่านี้เป็นเซนเซอร์ที่ระยะทางคอร์ด•วัตถุหรือ•สร้างภาพทั้งหมดของสิ่งแวดล้อม หรือ•วัดคุณสมบัติของหุ่นยนต์ตัวเอง ทำให้หุ่นยนต์เคลื่อนที่ในการใช้ช่วง finders ที่วัดระยะห่างจากวัตถุใกล้เคียง ชนิดที่พบเป็นเซ็นเซอร์โซนาร์ (ดู [6] สำหรับตัวอย่าง) แทน sonar รวมเรดาร์ และเลเซอร์ (ดูรูปที่ 1) บางช่วงเซ็นเซอร์วัดระยะทางสั้นมาก หรือยาวมาก เซนเซอร์ปิดช่วงมักเซ็นเซอร์เพราะหนวด ชนแผง และผิวสัมผัสความ มากมีเซนเซอร์ระยะยาวเช่นระบบการระบุตำแหน่งทั่วโลก (จีพีเอส ดู [8, 10]) ชั้นที่สองสำคัญของเซนเซอร์มีภาพเซนเซอร์ นี่คือกล้องที่ให้ภาพของสภาพแวดล้อมที่สามารถแล้วถูกวิเคราะห์โดยใช้คอมพิวเตอร์วิชั่นและภาพการรับรู้เทคนิค1For ที่ภาพรวมของฮาร์ดแวร์มีเซ็นเซอร์สำหรับหุ่นยนต์ขนาดเล็กโดยเฉพาะอย่างยิ่งดู [4]2เรียนสำคัญที่สามมีเซ็นเซอร์ proprioceptive เหล่านี้ให้หุ่นยนต์ของรัฐของตนเอง วัด configuration แน่นอนของมอเตอร์ร่วมกับหุ่นยนต์มักพร้อมถอดรหัสเพลาที่นับการปฏิวัติของมอเตอร์ทีละน้อย อีกวิธีในการวัดสถานะของหุ่นยนต์จะใช้เซนเซอร์แรงและแรงบิด เหล่านี้เป็นอย่างยิ่งจำเป็นเมื่อหุ่นยนต์จัดการวัตถุที่เปราะบาง หรือวัตถุที่มีรูปร่างที่แน่นอน และสถานไม่รู้จัก จินตนาการ manipulator หุ่นยนต์ต้นแบบ screwing ในหลอดไฟ2.1.2 เบสเบสมีวิธีการที่หุ่นยนต์จัดการสิ่งแวดล้อม ย้าย และเปลี่ยนแปลงรูปร่างของร่างกาย เข้าใจความสามารถของหุ่นยนต์เพื่อโต้ตอบกับโลกจริง เราจะใช้แนวคิดนามธรรมองศาความเป็นอิสระ (กรม) เรานับหนึ่งระดับของเสรีภาพสำหรับแต่ละทิศอิสระซึ่งหุ่นยนต์ หรือหนึ่งเบสที่สามารถย้าย เป็นตัวอย่างให้ คิดหุ่นยนต์ที่เข้มงวดเช่นการปกครองตนเองใต้ยานพาหนะ (AUV) มี 6 องศาอิสระ สามของ (x, y, z) ในพื้นที่และ 3 การเป็นแองกูลาร์ (เรียกอีกอย่างหนึ่งเป็นจุดย., ม้วน และ pitch) Define เหล่านี้ DOFs จลน์สถานะของหุ่นยนต์ นี้สามารถขยายกับมิติอื่นที่ให้อัตราการเปลี่ยนแปลงของแต่ละมิติจลน์ นี้เรียกว่าสถานะแบบไดนามิก หุ่นยนต์กับร่างกาย nonrigid อาจ DOFs เพิ่มเติม ตัวอย่างข้อมือมนุษย์มีองศาสามเสรีภาพ – มันสามารถเลื่อนขึ้นและลง ทางด้านข้าง และยังสามารถหมุนได้ ข้อต่อของหุ่นยนต์มี 1, 2 หรือ 3 องศาเสรีภาพแต่ละ 6 องศาเสรีภาพจะต้องวางวัตถุ เช่นมือ ที่ระบุในแบบเฉพาะ Manipulator ที่แสดงในรูปที่ 2 มีหกเหมือนเดรูปที่ 2: ที่สแตนฟอร์ด Manipulator [12]grees ของเสรีภาพ สร้างรอยต่อ revolute five (R) และร่วม prismatic มีขั้นตอนหนึ่ง (P) รอยต่อ revolute สร้างการเคลื่อนไหวในการหมุนขณะเคลื่อนไหวเลื่อนสร้างรอยต่อ prismatic มีขั้นตอน ถ้าคุณใช้แขนเป็นตัวอย่าง คุณจะสังเกตเห็น ที่ มีเสรีภาพมากกว่า 6 องศา ถ้าคุณวางมือบนโต๊ะ ยังมีอิสระในการหมุนของข้อศอก กลที่มีองศาเป็นอิสระมากขึ้นกว่าต้องทำ effector ที่สิ้นสุดไปยังตำแหน่งเป้าหมาย ได้ง่ายกว่าการควบคุมหุ่นยนต์ที่มีเพียงจำนวนน้อยที่สุด DOFs หุ่นยนต์เคลื่อนค่อนข้างพิเศษ จำนวนองศาความเป็นอิสระไม่จำเป็นต้องมีองค์ประกอบ actuated สอดคล้องกัน คิดว่า รถยนต์ สามารถย้ายไปข้างหน้า หรือย้อนกลับ และสามารถ เปิด ให้มัน 2 DOFs แต่ถ้าคุณอธิบาย configuration จลน์ของรถ คุณจะสังเกตเห็นว่า มันเป็นสามมิติ บน flat ผิวเช่นไซต์ที่จอดรถคุณสามารถแปรขบวนรถยนต์ของคุณใด ๆ (x, y) จุด ในแนวใดก็ได้ คุณเห็นว่า รถมี DOFs ประสิทธิภาพ 3 แต่ 2 DOFs ควบคุม เราว่า หุ่นยนต์คือ nonholonomic มี DOFs มีประสิทธิภาพกว่า DOFs ควบคุมและ holonomic หากหมายเลขที่สองเหมือนกัน หุ่นยนต์ Holonomic ง่ายต่อการควบคุมกว่า nonholonomic (คิดว่ารถที่จอดรถ: มันจะง่ายมากที่จะต้องย้ายรถไปด้านข้าง) แต่หุ่นยนต์ holonomic มีกลไกซับซ้อน กลและแขนหุ่นยนต์ส่วนใหญ่มี holonomic และหุ่นยนต์เคลื่อนที่สุดจะ nonholonomic2.1.3 ความเคลื่อนไหวสำหรับหุ่นยนต์เคลื่อน กลุ่มเบสมีกลไกหุ่นยนต์ใช้ locomotion ล้อ เพลง และขา ไดรฟ์แตกต่างประกอบด้วยของสองอย่างอิสระ actuated ล้อ – หนึ่งในแต่ละด้าน ถ้าล้อทั้งสองย้ายที่ความเร็วเดียวกัน หุ่นยนต์ย้าย line2 ตรง ถ้าจะย้ายในทิศทางตรงกันข้าม หุ่นยนต์เปลี่ยนในจุด ทางเลือกคือ drive3 synchro ซึ่งแต่ละล้อสามารถย้าย และหันไปรอบ ๆ แกนของตัวเอง นอกจากนี้นี่ง่ายอาจทำให้ความวุ่นวาย แต่ถ้าคุณมั่นใจได้ว่าข้อจำกัดที่ล้อทั้งหมดจะชี้ในทิศทางเดียวกัน และมีความเร็วเท่ากัน เป็นหุ่นยนต์ของคุณประหยัด2If คุณเคยพยายามใช้ที่ (ตัวอย่างกับแบบ Lego Mindstorm) คุณรู้ว่า นี้สามารถทำงานได้ยากโดยเฉพาะกับฮาร์ดแวร์ราคาถูก ดู 3Staying [7] Mindstorm ตัวอย่างคุณอาจต้องการให้ดูที่ [1]3ไดรฟ์ที่แตกต่างกันและ synchro nonholonomic ได้ หุ่นยนต์บางอย่างแพงกว่าใช้ไดรฟ์ holonomic ซึ่งมักจะเกี่ยวข้องกับอย่าง น้อยสามล้อ และสามารถมุ่งเน้น และย้ายอย่างอิสระ2.1.4 แหล่งจ่ายไฟหุ่นยนต์ไฟฟ้าขับเบสของพวกเขาได้ กลไกแห่ง manipulator actuation และ locomotion เป็นมอเตอร์ไฟฟ้า วิธีอื่น ๆ ได้ actuation นิวเมติกที่ใช้ก๊าซธรรมชาติอัดและใช้ทางหนี fluids actuation ไฮโดรลิค จะมีตรงไหนของโปรแกรมประยุกต์ แต่ไม่ใช้2.1.5 Bits and PiecesMost robots have some kind of digital communication like wireless networks. Especially today those modules get cheaper. They can be used for communication between robots or for some kind of back link to the robots home station. Finally you need a body frame to hang all the bits and pieces.2.2 Robotic PerceptionA robot receives raw sensor data from its sensors. It has to map those measurements into an internal representation to formalize this data. This process is called robotic perception. This is a difficult process since in general the sensors are noisy and the environment is partially observable, unpredictable, and often dynamic. Good representation should meet three criteria: They should • contain enough information for the robot to make a right decision • be structured in a way that it can be updated efficiently • be natural, meaning that internal variables correspond to natural state variables in the physical world Filtering and updating the belief state is not covered here as it was covered in earlier presentations. Some topics are Kalman filters and dynamic Bayes nets. Information can also be found in [12] chapter 15.2.2.1 Where am I? (Localization)แปลงานทั่วไปมากรับรู้ได้ กำหนดสิ่งที่เป็นปัญหาได้ แปลเป็นหนึ่งรับรู้ปัญหาชุมชนที่แพร่หลายมากที่สุดในวิทยาการหุ่นยนต์ รู้ตำแหน่งของวัตถุในสภาพแวดล้อมที่จัดการกับหุ่นยนต์เป็นฐานสำหรับการโต้ตอบใด ๆ ประสบความสำเร็จกับโลกทางกายภาพ – กลต้องรู้ว่าวัตถุมีการควบคุม และหุ่นยนต์เคลื่อนที่จำเป็นต้องรู้ที่อยู่ในใบสั่ง find ของพวกเขาไปยังพื้นที่เป้าหมาย defined มีสามขึ้น flavors difficult ปัญหาแปล: •ติดตาม – ถ้าสถานะเริ่มต้นการใช่ภาษาท้องถิ่นคุณสามารถเพียงแค่ติดตามวัตถุนี้ •แปลสากล – ในกรณีนี้ตำแหน่งเริ่มต้นของวัตถุคือไม่ทราบคุณ first มี find วัตถุ หลังจากที่คุณพบมัน กลายเป็นปัญหาในการติดตาม •ลัก – งานนี้มากที่สุด difficult เราใช้หุ่นยนต์กำลังมองหาวัตถุ และสถานที่อื่น ๆ ตอนนี้ หุ่นยนต์อีกได้แปลวัตถุโดยไม่รู้อะไรเกี่ยวกับตำแหน่งของวัตถุ มักใช้การลักพาตัวเพื่อทดสอบเสถียรภาพของเทคนิคแปลภายใต้สภาวะ

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

ทฤษฎีและการประยุกต์ใช้
2.1 หุ่นยนต์ฮาร์ดแวร์
2.1.1
เซนเซอร์เซนเซอร์ที่มีอินเตอร์เฟซการรับรู้ระหว่างหุ่นยนต์และรูปที่
1:
เลเซอร์สแกนเนอร์ช่วงสภาพแวดล้อมของพวกเขา 1 ในมือข้างหนึ่งเรามีเซ็นเซอร์เรื่อย ๆ เช่นกล้องที่จับสัญญาณที่สร้างขึ้นโดยแหล่งข้อมูลอื่น ๆ ในสภาพแวดล้อม ในทางกลับกันเรามีเซ็นเซอร์ที่ใช้งาน (เช่นโซนาร์เรดาร์เลเซอร์) ที่ปล่อยพลังงานออกสู่สิ่งแวดล้อม พลังงานนี้เป็นอีกครั้งที่ชั้น ected จากวัตถุในสภาพแวดล้อม เหล่านี้ ections ชั้นอีกครั้งจากนั้นจะสามารถใช้ในการรวบรวมข้อมูลที่จำเป็น โดยทั่วไปเซ็นเซอร์ที่ใช้งานให้ข้อมูลมากกว่าเซ็นเซอร์เรื่อย ๆ แต่พวกเขายังใช้พลังงานมากขึ้น นี้สามารถนำไปสู่ปัญหาในหุ่นยนต์มือถือที่ต้องใช้พลังงานของพวกเขากับพวกเขาในแบตเตอรี่ เรามีสามประเภทของเซ็นเซอร์ (ไม่ว่าเซ็นเซอร์มีการใช้งานหรือ passive) เหล่านี้เป็นเซ็นเซอร์ที่ทั้งระยะทาง•ระเบียนหรือวัตถุ•สร้างภาพทั้งหมดของสภาพแวดล้อมหรือ•วัดทรัพย์สินของหุ่นยนต์ตัวเอง หุ่นยนต์มือถือจำนวนมากทำให้การใช้ไฟช่วง nders ซึ่งวัดระยะทางไปยังวัตถุที่อยู่บริเวณใกล้เคียง ชนิดที่พบบ่อยคือเซ็นเซอร์โซนาร์ (ดู [6] สำหรับตัวอย่าง) ทางเลือกในการรวมโซนาร์เรดาร์และเลเซอร์ (ดูรูปที่ 1) เซ็นเซอร์ช่วงบางวัดระยะทางที่สั้นมากหรือยาวมาก เซ็นเซอร์ระยะใกล้มักจะมีเซ็นเซอร์สัมผัสเช่นเครา, แผงชนและผิวไวต่อการสัมผัส มากอื่น ๆ ที่มีเซ็นเซอร์ระยะยาวเช่น Global Positioning System (GPS ให้ดู [8, 10]) ชั้นที่สำคัญที่สองของการถ่ายภาพเซ็นเซอร์เซ็นเซอร์ เหล่านี้เป็นกล้องที่ให้ภาพของสภาพแวดล้อมที่สามารถนำมาวิเคราะห์โดยใช้คอมพิวเตอร์วิสัยทัศน์และเทคนิคการรับรู้ภาพ.
1For ภาพรวมของฮาร์ดแวร์เซ็นเซอร์ที่มีอยู่โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับหุ่นยนต์ขนาดเล็กเห็น [4].
2
ชั้นที่สามที่สำคัญมีเซ็นเซอร์ proprioceptive เหล่านี้แจ้งให้หุ่นยนต์ของรัฐของตัวเอง การวัดที่แน่นอนปรับอากาศสายไฟล์โครงสร้างของหุ่นยนต์มอเตอร์ร่วมกันมักจะมีตัวถอดรหัสเพลาที่นับการปฏิวัติของมอเตอร์ทีละน้อย วิธีการวัดสถานะของหุ่นยนต์ก็คือการใช้กำลังและเซ็นเซอร์แรงบิด เหล่านี้มีความจำเป็นอย่างยิ่งเมื่อหุ่นยนต์จับวัตถุที่เปราะบางหรือวัตถุที่มีรูปร่างที่แน่นอนและสถานที่ไม่เป็นที่รู้จัก ลองนึกภาพหุ่นยนต์หุ่นยนต์ตันกวดขันในหลอดไฟ.
2.1.2
เอฟเฟคเอฟเฟคมีวิธีการที่หุ่นยนต์จัดการสภาพแวดล้อมที่ย้ายและเปลี่ยนรูปทรงของร่างกายของพวกเขา เพื่อให้เข้าใจถึงความสามารถของหุ่นยนต์ในการโต้ตอบกับโลกทางกายภาพเราจะใช้แนวคิดที่เป็นนามธรรมของระดับของเสรีภาพ (อานนท์) เรานับหนึ่งระดับของเสรีภาพสำหรับแต่ละทิศทางที่เป็นอิสระในการที่หุ่นยนต์หรือหนึ่งในเอฟเฟคที่สามารถเคลื่อนย้ายได้ เป็นตัวอย่างที่ช่วยให้หุ่นยนต์คิดแข็งเหมือนรถใต้น้ำอิสระ (AUV) มันมีหกองศาอิสระสามของ (x, y, z) ที่ตั้งอยู่ในพื้นที่และสามสำหรับการวางแนวเชิงมุม (หรือเรียกว่าหันเหม้วนและสนาม) เหล่านี้ DOFs เดสายตะวันออกเฉียงเหนือรัฐจลนศาสตร์ของหุ่นยนต์ นี้สามารถขยายที่มีมิติที่ช่วยให้อัตราการเปลี่ยนแปลงของแต่ละมิติจลนศาสตร์อื่น นี้เรียกว่ารัฐแบบไดนามิก หุ่นยนต์กับร่างกาย nonrigid อาจมี DOFs เพิ่มเติม ยกตัวอย่างเช่นข้อมือของมนุษย์มีสามองศาอิสระ - มันสามารถเลื่อนขึ้นและลงทางด้านข้างและยังสามารถหมุน ข้อต่อหุ่นยนต์มี 1, 2, หรือ 3 องศาอิสระแต่ละ หกองศาอิสระจะต้องวางวัตถุเช่นมือที่จุดโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการวางโดยเฉพาะอย่างยิ่ง หุ่นยนต์ที่แสดงในรูปที่ 2
มีตรงหกเดรูปที่2: หุ่นยนต์สแตนฟอ [12]
GREEs อิสระที่สร้างขึ้นโดยไฟได้ข้อต่อ revolute (R) และร่วมเหลี่ยมหนึ่ง (P) ข้อต่อ revolute สร้างการเคลื่อนที่แบบหมุนในขณะที่ข้อต่อเหลี่ยมสร้างการเคลื่อนไหวเลื่อน ถ้าคุณใช้แขนของคุณเป็นตัวอย่างที่คุณจะสังเกตเห็นว่ามันมีมากกว่าหกองศาอิสระ หากคุณใส่มือของคุณในตารางที่คุณยังคงมีอิสระในการหมุนข้อศอกของคุณ manipulators ที่มีองศามากขึ้นของเสรีภาพกว่าที่จำเป็นที่จะวาง effector สิ้นสุดไปยังสถานที่เป้าหมายที่ง่ายต่อการควบคุมหุ่นยนต์กว่ามีเพียงจำนวนขั้นต่ำของ DOFs หุ่นยนต์มือถือที่ค่อนข้างพิเศษ จำนวนขององศาอิสระไม่จำเป็นต้องมีองค์ประกอบที่สอดคล้องกันกระตุ้น คิดว่าของรถ มันสามารถก้าวไปข้างหน้าหรือข้างหลังและจะสามารถเปิดให้มันสอง DOFs แต่ถ้าคุณอธิบายนักโทษจลนศาสตร์ของรถสายไฟล์โครงสร้างที่คุณจะสังเกตเห็นว่ามันเป็นสามมิติ บนชั้นที่พื้นผิวเช่นจอดรถที่คุณสามารถจัดทำรถของคุณไปใด ๆ (x, y) จุดในทิศทางใด คุณจะเห็นว่ารถมี 3 DOFs ประสิทธิภาพ แต่เพียง 2 DOFs ควบคุม เราบอกว่าหุ่นยนต์เป็น nonholonomic ถ้ามันมีประสิทธิภาพมากขึ้นกว่า DOFs DOFs ควบคุมและ holonomic ถ้าตัวเลขสองเหมือนกัน หุ่นยนต์ Holonomic ควบคุมได้ง่ายกว่ากว่า nonholonomic (คิดว่าของที่จอดรถ: มันจะเป็นเรื่องง่ายที่จะสามารถที่จะเคลื่อนย้ายรถด้านข้าง) แต่หุ่นยนต์ holonomic มีกลไกที่ซับซ้อนมากขึ้น manipulators ส่วนใหญ่และแขนหุ่นยนต์หุ่นยนต์ holonomic และโทรศัพท์มือถือมากที่สุดคือ nonholonomic.
2.1.3
การเคลื่อนไหวสำหรับหุ่นยนต์มือถือกลุ่มพิเศษของเอฟเฟคมีกลไกหุ่นยนต์ที่ใช้สำหรับการเคลื่อนไหวรวมทั้งล้อแทร็คและขา ไดรฟ์ที่แตกต่างกันประกอบด้วยสองล้อกระตุ้นอิสระ - หนึ่งในแต่ละด้าน หากทั้งสองล้อย้ายที่ความเร็วเดียวกันหุ่นยนต์เคลื่อนที่บน line2 ตรง หากพวกเขาย้ายไปในทิศทางตรงข้ามกับหุ่นยนต์จะเปิดในจุดที่ ทางเลือกที่เป็นซิงโคร drive3 ซึ่งในแต่ละล้อสามารถเคลื่อนย้ายและหันไปรอบแกนของตัวเอง นี้ได้อย่างง่ายดายอาจนำไปสู่ความสับสนวุ่นวาย แต่ถ้าคุณมั่นใจข้อ จำกัด ที่ทุกล้อชี้เสมอไปในทิศทางเดียวกันและย้ายไปอยู่กับความเร็วเดียวกันหุ่นยนต์ของคุณเป็นบันทึก.
2 หากคุณได้เคยพยายามที่จะดำเนินการที่ (ตัวอย่างเช่นกับเลโก้ Mindstorm) คุณรู้ว่านี่จะกลายเป็นเรื่องยากโดยเฉพาะอย่างยิ่ง ฮาร์ดแวร์ราคาถูกให้ดู [7] 3Staying กับตัวอย่าง Mindstorm คุณอาจต้องการที่จะมีลักษณะที่ [1].
3
ทั้งสองแตกต่างและไดรฟ์ที่มีซิงโคร nonholonomic บางหุ่นยนต์มีราคาแพงกว่าการใช้ไดรฟ์ holonomic ซึ่งมักจะเกี่ยวข้องกับสามหรือมากกว่าล้อและสามารถมุ่งเน้นและย้ายอย่างอิสระ.
2.1.4
แหล่งพลังงานหุ่นยนต์ต้องมีแหล่งพลังงานในการขับรถของพวกเขาเอฟเฟค กลไกที่นิยมมากที่สุดสำหรับทั้งการดำเนินการจัดทำและการเคลื่อนไหวเป็นมอเตอร์ไฟฟ้า วิธีที่เป็นไปอื่น ๆ ที่มีการดำเนินการใช้ก๊าซลมบีบอัดและการดำเนินการโดยใช้ไฮดรอลิ UIDs ชั้นแรงดัน พวกเขามีซอกโปรแกรมของพวกเขา แต่ไม่ใช้กันอย่างแพร่หลาย.
2.1.5
เศษชิ้นส่วนหุ่นยนต์ส่วนใหญ่มีชนิดของการสื่อสารแบบดิจิตอลเช่นเครือข่ายไร้สายบาง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในวันนี้ผู้ที่ได้รับโมดูลที่ถูกกว่า พวกเขาสามารถใช้สำหรับการสื่อสารระหว่างหุ่นยนต์หรือชนิดของการเชื่อมโยงกลับไปที่หุ่นยนต์สถานีบ้านบาง ในที่สุดคุณต้องกรอบของร่างกายที่จะแขวนทุกบิตและชิ้นส่วน.
2.2
การรับรู้หุ่นยนต์หุ่นยนต์ได้รับข้อมูลดิบจากเซ็นเซอร์เซ็นเซอร์ของ มันจะต้องมีแผนที่วัดที่เป็นตัวแทนภายในที่จะทำพิธีข้อมูลนี้ กระบวนการนี้เรียกว่าการรับรู้ของหุ่นยนต์ นี้เป็นกระบวนการที่ยากที่ตั้งแต่ทั่วไปเซ็นเซอร์จะมีเสียงดังและสิ่งแวดล้อมเป็นเพียงบางส่วนที่สังเกตได้คาดเดาไม่ได้และมักจะแบบไดนามิก ตัวแทนที่ดีควรตอบสนองความสามเกณฑ์: พวกเขาควร•มีข้อมูลที่เพียงพอสำหรับหุ่นยนต์ที่จะทำให้การตัดสินใจที่ถูกต้อง•มีโครงสร้างในทางที่จะสามารถได้รับการปรับปรุง EF ไฟอย่างมีประสิทธิภาพ•เป็นไปตามธรรมชาติซึ่งหมายความว่าตัวแปรภายในที่สอดคล้องกับตัวแปรสภาพธรรมชาติในโลกทางกายภาพ การกรองและการปรับปรุงความเชื่อที่รัฐจะไม่ครอบคลุมถึงที่นี่ในขณะที่มันถูกปกคลุมในงานนำเสนอก่อนหน้านี้ หัวข้อที่บางคนมีคาลมานกรองการ fi และมุ้งเบส์แบบไดนามิก ข้อมูลยังสามารถพบได้ใน [12] บทที่ 15
2.2.1 ที่ไหน am I? (Localization)
งานทั่วไปรับรู้มากคือการแปล มันเป็นปัญหาของการกำหนดสิ่งที่เป็น รองรับหลายภาษาเป็นหนึ่งในปัญหาที่รับรู้แพร่หลายมากที่สุดในหุ่นยนต์ รู้ตำแหน่งของวัตถุในสภาพแวดล้อมที่หุ่นยนต์มีการจัดการกับเป็นฐานสำหรับการปฏิสัมพันธ์ใด ๆ ที่ประสบความสำเร็จกับโลกทางกายภาพ - manipulators ต้องทราบว่าวัตถุที่มีพวกเขามีการจัดการและหุ่นยนต์มือถือจำเป็นต้องรู้ว่าพวกเขาอยู่ใน เพื่อที่จะสายครั้งที่ทางของพวกเขาไปเดอไฟสถานที่เป้าหมายเน็ด มีสามยากที่มากขึ้นชั้น avors ปัญหาการแปล: •ติดตาม - หากรัฐเริ่มต้นของวัตถุที่จะแปลเป็นภาษาท้องถิ่นเป็นที่รู้จักกันคุณก็สามารถติดตามวัตถุนี้ •แปลทั่วโลก - ในกรณีนี้เป็นสถานที่เริ่มต้นของวัตถุที่ไม่เป็นที่รู้จักคุณ fi แรกต้อง fi ครั้งที่วัตถุ หลังจากที่คุณพบว่ามันนี้จะกลายเป็นปัญหาการติดตาม •ลักพาตัว - นี่เป็นงานยากที่มากที่สุด เราใช้วัตถุหุ่นยนต์ที่กำลังมองหาและวางไว้ที่อื่น ตอนนี้หุ่นยนต์อีกครั้งมีการ จำกัด วงวัตถุโดยไม่ต้องรู้อะไรเกี่ยวกับสถานที่ตั้งของวัตถุ ลักพาตัวมักจะถูกใช้ในการทดสอบความทนทานของเทคนิคการแปลภายใต้เงื่อนไขมาก

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

ทฤษฎีและการประยุกต์ใช้


ตัวหุ่นยนต์ 2.1 ฮาร์ดแวร์เซ็นเซอร์เซ็นเซอร์มีอินเตอร์เฟซภาพระหว่างหุ่นยนต์และ

รูปที่ 1 : สแกนเนอร์เลเซอร์ระยะไกลสภาพแวดล้อมของพวกเขา 1 ในมือข้างหนึ่งมีเซ็นเซอร์เรื่อยๆเช่นกล้อง , ซึ่งจับสัญญาณที่สร้างขึ้นโดยแหล่งข้อมูลอื่น ๆในสภาพแวดล้อม บนมืออื่น ๆที่เรามีอยู่ ( ตัวอย่างเช่น โซนาร์เซ็นเซอร์ เรดาร์เลเซอร์ ) ซึ่งเปล่งพลังงานในสภาพแวดล้อม พลังงานนี้เป็นflประมวลโดยวัตถุในสภาพแวดล้อม Re fl ections เหล่านี้จากนั้นจะสามารถใช้ในการรวบรวมข้อมูลที่จำเป็น เซนเซอร์โดยทั่วไปใช้งานให้ข้อมูลเพิ่มเติมกว่าเซ็นเซอร์แบบพาสซีฟ แต่พวกเขายังกินพลังงานมากขึ้น นี้สามารถนำไปสู่ปัญหาบนมือถือหุ่นยนต์ ซึ่งต้องใช้พลังงานของพวกเขากับพวกเขาในแบตเตอรี่เรามีสามประเภทของเซนเซอร์ ( ไม่ว่าเซ็นเซอร์เป็น active หรือ passive ) มีเซ็นเซอร์ที่ให้บริการบันทึกระยะทางไปยังวัตถุหรือบริการสร้างภาพทั้งหมดของสภาพแวดล้อม หรือแต่ละวัดคุณสมบัติของหุ่นยนต์เอง หุ่นยนต์เคลื่อนที่หลายให้ใช้ nders จึงหลากหลาย ซึ่งวัดระยะห่างจากวัตถุใกล้เคียง ประเภททั่วไปเป็นโซนาร์เซ็นเซอร์ ( ดู [ 6 ] สำหรับตัวอย่าง )เลือกเสียงรวมถึงการเรดาร์และเลเซอร์ ( ดูรูปที่ 1 ) เซ็นเซอร์วัดบางช่วงที่สั้นมากหรือยาวมาก ระยะทาง ช่วงปิดเซ็นเซอร์ มักจะมีเซ็นเซอร์สัมผัส เช่น หนวด แผงชนและสัมผัสผิวที่บอบบาง อื่น ๆ มาก มีเซ็นเซอร์ระยะไกล เช่น ระบบตำแหน่งทั่วโลก ( GPS ดู [ 8 , 9 ] ) ชั้นเรียนที่สำคัญที่สองของเซ็นเซอร์ภาพเซ็นเซอร์เหล่านี้เป็นกล้องที่ให้ภาพของสิ่งแวดล้อมที่สามารถใช้วิเคราะห์วิสัยทัศน์คอมพิวเตอร์และเทคนิคการรับรู้ภาพ
เนื่องจากภาพรวมของของเซ็นเซอร์ฮาร์ดแวร์โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับหุ่นยนต์ขนาดเล็กพบ [ 4 ] .
2
ชั้นสำคัญสามเซ็นเซอร์ proprioceptive . หุ่นยนต์เหล่านี้แจ้งสถานะของตัวเองวัดที่แน่นอน คอน จึง guration ของมอเตอร์ข้อต่อหุ่นยนต์มักติดตั้งที่เพลาเครื่องนับการปฏิวัติของมอเตอร์ทีละน้อย อีกวิธีหนึ่งของการวัดสภาพของหุ่นยนต์จะใช้แรงบิดและเซ็นเซอร์ เหล่านี้โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่จำเป็นเมื่อหุ่นยนต์จับวัตถุที่เปราะบางหรือวัตถุที่มีรูปร่างและสถานที่ที่ไม่รู้จัก