移动机器人在工作中应用

15移动机器人在工作中应用15.1简介所有类型的机器人出现的关键之一是人类社会经济的发展。第一代机器人装备一个或更多的支臂仿似人类一样运动。今天，机器人的形状有很多的形式包括轮式作战平台，移动机械臂，腿形肢体，像动物机器人，等等。这些机器人在工业，农业，技术和社会生活等有一种或多种的改善。在医学，辅助，服务应用使用的自主智能移动的机器人（轮式或腿）的好处是多方面的，并且它们在现代社会的积极影响是不断增加的。本章的目的是纯粹的百科和旨在提供读者小部分实际应用于现代工业和社会的各种类型移动机器人[1-25]。具体而言，以下是机器人类别与相关讨论包括照片：在工厂和工业方面移动机器人和机械手，在社会移动机器人（救援，指导，医院），在家庭服务方面移动机器人（清洁，其它服务），辅助移动机器人（自治轮椅，为移动服务机器人受损），移动遥控机器人，网络机器人，其它移动机器人的应用。以上应用说明移动机器人的重要性和价值在各个方向都实现更好的生活质量。15.2移动机器人在工厂和工业的应用在工厂车间使用的移动机器人通常称为自动或自动导引车（AGV）和移动的标记或地板上的电线或用感官系统（激光，视觉）。AGV是用于工厂材料处理，将产品从一个地方移到另一个地方，检查和质量控制等工作，它们将促进更好的连续楼层和准时交货。AGV可以拖在它们身后的物体在它们可以自主附加的拖车上。第一个AGV商用是巴雷特电子（Northbrook，IL）在20世纪50年代生产，实际上是一辆拖车后连着地板上的电线而不是铁轨。今天，AGV主要是用于激光导航，可编程和其它机器人的沟通，确保顺利在工业厂房的运输和储存。所有现代的制造系统灵活使用AGV的为实现自己的目标和保证一天24小时的快速优质的生产。AGV自动导航可以执行下列方法（维基百科的文章：自动导引车#有线）。有线导航——有线传感器放置在平台底部（面对地面）检测无线电频率由导线放置在一个时隙发送约地面以下1英寸。AGV是移动后的线。导向带导航——导航型适用于自动引导车（即轻型车辆）。磁带是用来引导车辆，配备了适合于指导传感器使它跟随磁带路径。基于激光导航——这是一个安装反光带的墙，柱，和机器的无线导航过程。AGV具有一个携带激光发射器和接收器旋转炮塔。激光是自动地送出并且然后再次收到使车辆的方向的计算（在某些情况下的距离）。AGV是配备了存储在内存中的反射器的地图，并能正确通过反馈控制技术（使用正确的位置之间的所需和所接收到的测量误差）。陀螺导航——这是一个惯性制导系统。转运是嵌入在工作环境的地板。AGV采用这些转运蛋白检测其路线的正确性，和一个陀螺仪测量车辆的方向变化。这一变化（误差）是用来纠正车辆的运动，它对路径返回。自然特征导航这使得——AGV导航没有空间改造。通常，一个或多个传感器（激光测距仪，陀螺仪等）的使用，并利用扩展卡尔曼滤波和粒子蒙特卡罗过滤器用于定位和映射。在工厂AGV的最常见的转向式差动驱动。当有多个AGV的工作在车间，一种交通控制要求（前测控制，区域控制等）。工厂及工业AGV的应用包括以下：拖车装载——拿起托盘输送机，或根据加载模式分期车道并且装入一个拖车内。原料装卸——运输原材料（金属，塑料，橡胶，造纸，等）在收到仓库后，并交付给适当的生产线。成品装卸——运输成品从生产线到客户的货物储存或运输。AGVS的上述应用是最现代的行业汽车行业，食品和饮料行业，造纸和印刷行业，化工/制药行业，制造业等。图15.1-15.5展示一些AGV在工厂和行业中的应用，包括自主移动机器人。15.3移动机器人在社会中的应用移动机器人在社会方面有许多新的应用不断增加。一些应用程序如下：救援移动机器人，机器人拐杖和指导助理，家庭服务机器人，辅助移动机器人为老年人和有特殊需求的人”（PwSN），移动遥控机器人，网络机器人。15.3.1救援移动机器人自然和人为灾害提供机器人与人有效合作的独特挑战。灾害的位置通常是非常危险的人为干预或不能达到。在许多情况下，有如极端温度，放射性水平的额外的困难，强烈的风力，不允许救援人员快速行动。从过去的灾难经验中吸取到的教训在许多国家为建造合适的救援机器人提供有动机的扩展研究和发展。由于强烈的地震活动，日本是一个强大和有效的自治或半自治的救援机器人系统的开发国家。现代机器人救援轻，灵活，耐用。它们中的许多相机旋转360°提供高分辨率的图像，和其它的传感器，可以检测身体的温度和颜色的衣服。图15.6显示了搜索和救援机器人“庆龄实业股份”促进robocup2009，图15.7显示了城市搜索和救援机器人（由NIST/DHS发达）在实际的运动。图15.8显示了一个救援机器人操作时，需要由东京消防厅。救援机器人也是蛇型如图15.9a和B所示。15.3.2机器人拐杖，指导助理和医院的移动机器人移动机器人和仿人机器人已开发和构建系统来帮助盲人探路的大型建筑（如超市，博物馆，医院，机场）。它们中的两个：眼睛机器人，购物助理机器人。眼睛机器人（图15.10）是一种可以被视为一种白色手杖和导盲犬之间的系统。眼睛机器人通过使用Roomba机器人为基础设计并能指导失明或视障用户通过混乱和人口环境。用户直观地推进和旋转手柄指示他/她所需的运动。机器人使用这些资料，发现无障碍路线走廊里，或在一个房间，用声纳来引导用户往一个适当的方向。在现实中，用户可以很自然地跟在没有意识的机器人后面。眼睛机器人有四个超声波测距仪和两个面临左右90°红外传感器，使机器人远离墙走。购物助理机器人，如图15.11所示。它是犹他州立大学发明。用户，当到达杂货店，抓起购物助手使他/她对不同的产品辨认。当用户离开商店，他/她离开机器人背后。图15.12显示了InTouchHealth公司开发了一种移动医院机器人并且在Healdsburg区医院投入运行（Somona县，CA）。该机器人可以实现为病人远程在线访谈和专家医生。图15.13展示另一个医院的移动机器人，这是由庆应义塾大学（日本）研究。这种机器人可以在医院中自动生成周围环境地图和实现医疗供应。15.3.3家庭服务移动机器人家庭机器人是为家务如地板清洗，清洗池，咖啡制作，服务设计的移动机器人和移动机械手。同时，适合帮助老年人并且PwSN机器人可能包含在家用机器人的类，虽然它们可以被视为属于辅助机器人甚至更一般的类，这将分开讨论。今天，机器人还包括仿人机器人适当在家中提供帮助了。家用机器人的例子如下：Dustbot这是一系列多功能的机器人，可以使家庭和城市清洁。这一系列包括垃圾车——人形机器人上门收集垃圾。它高1.45米，重70公斤，脚上两个轮子。它在那些传统的垃圾车无法访问非常狭窄的城市街道的地方是适用上门收集垃圾（图15.14A）。灰尘清洁机器人可用于狭窄的城市街道自动清洗（图15.14）。Care-O-bot3机器人（图15.15）有一个三只手指的手且能够拾取物品高度柔性物体（瓶，杯，等）的手臂。它可以小心翼翼地拿起一瓶橙汁放在它前面的托盘的玻璃上。要做到这一点，它配备了多个传感器（立体视觉，彩色摄像机，激光扫描仪和广范围的3D相机）。它知道一个玻璃的样子，在厨房里找到它，并且可以认识到新的对象。ARI-100机器人这个机器人是专门管清洁和检查。它拥有一个铰接臂可以在所有方向上允许它在清洁高效的管道的每一个角落移动，而不需要手动调整笔刷的长度（图15.16）。Roomba发现吸尘器——这是一个能在家打扫灰尘而地面真空的移动机器人。它执行三种类型的清洗通过两个旋转刷扫地板，从地板真空吸灰尘和颗粒和侧扫刷干净底板和墙（图15.17）。Roomba确认其在房间的位置，避免了可能的风险和楼梯。它清洁地板后或需要时返回到自充电源处补给。15.4辅助移动机器人辅助移动（固定）机器人属于辅助技术，由于人口老龄化和照顾者数量的减少，在我们的时代是一个重要的研究领域。辅助机器人（AR）包括所有的机器人系统的开发PwSN和尝试使残疾人达到并保持最佳的物理和/或社会功能水平，改善他们的生活质量和工作效率[6,7]。PwSN的主要类别如下：PwSN用于下肢损失的控制（截瘫患者，脊髓损伤，肿瘤，退行性疾病）PwSN用于上肢损失的控制（和相关的运动障碍）PwSN用于时空定位损失（心理，神经心理障碍，脑损伤，中风，老化，等）。现场的AR于上世纪60年代开始在北美国和欧洲。一个具有里程碑意义的辅助机器人在1969开发出所谓的黄金科研，一个七自由度空间运动手臂矫形器（RanchoLosAmigos医院,CA）。1970，第一机械臂设计安装在轮椅。今天，许多聪明的AR系统是可用的，包括以下：1.智能轮椅，可以排除用户的任务驱动轮椅，可以检测和避免障碍和其他风险。2.轮椅机器人（WMR）为运动障碍的用户增加移动性和处理物体能力障碍的人最好的解决方案。今天的运动，WMR可以通过所有的替代方式（手动，半自动，全自动操作）找到使用适当的方式。3.自主移动机器人，即安装在移动平台上的机械臂，可以按照用户的（PwSNs）环境中的轮椅，可以在开放的环境中执行任务，可以在多个用户之间共享。欧洲著名的三大辅助机器人是法国大师机器人，荷兰马努斯机器人，和英国的RTX机器人。欧盟已推出1991“为残疾人和老年人的技术创新”（TIDE）。TIDE领导下的机器人系统在试点阶段的发展：MARCUS，M3S，RAID和MECCS。在下一阶段（桥相）以下系统的创建：SENARIO，FOCUS，EPI-RAID，OMNI和MOVAID在各个研发项目[815]框架下。图15.18和图15.19显示不来梅（IAT）和为残疾人提供友好的用户界面的“功能机器人轮椅（FRIEND）”和移动服务机器人MOVAID[11]。MOVAI典型的任务是在微波炉中热一些食物并且送到用户的床上，打扫干净厨房表面，把床上的脏被单收拾掉，等[11]。