仿真机器人控制系统
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摘要
仿真机器人是具有真人的外形外貌、语言、动作和与人交流能力的机电一体化系统。仿真机器人控制系统是在仿真机器人机械机构的基础上,为满足仿真机器人设计目的和控制目标而执行仿真机器人运行方案,代表了仿真机器人大脑的一套控制系统。本文致力于如何搭建仿真机器人控制系统以及如何让它良好运行展开了实质性的研究工作。首先、明确了仿真机器人控制系统的控制目的和要求、系统构成和软硬件平台。其次、构建了仿真机器人语音系统,对其包含的语音合成、语音识别两部分进行研究后将它们应用于仿真机器人控制系统中。然后、设计并搭建了仿真机器人控制系统硬件电路,包括直流电机驱动电路、无刷直流电机驱动电路、舵机控制器、大功率继电器驱动电路等。最后、根据仿真机器人控制系统的控制任务和控制要求展开了具体的软件设计,包括上下位机之间的通信协议、仿真机器人每个跟现实状况相匹配的执行状态和执行内容、仿真机器人的每个动作单元及子动作单元等。将成功研制的仿真机器人控制系统与仿真机器人机械机构结合后,经实践检验论证,仿真机器人运行稳定可靠、性能优异、维护简单、应用效果良好。
Simulation robot is the mechatronics system with human appearance、language、movement and the ability to communicate with people. Based on simulation robot's mechanism, simulation robot control system represents simulation robot's brain, and implements simulation robot's run program to meet simulation robot's design goal and control target. Dedicated how to build simulation robot control system and how to make it operate satisfactorily, this paper carried out Substantial research work. First, this paper defined simulation robot control system's control target and requirements、system configuration、software and hardware platforms. Second, this paper built simulation robot speech system, and after studying the two parts of speech synthesis and speech recognition contained by speech system applied them to the simulation robot control system. Then, this paper designed and built the simulation robot control system's hardware circuits, including the DC motor drive circuit, the Brushless DC Motor drive circuit, the servo controller, the large power relay drive circuit, etc. Finally, according to the simulation robot control system's control tasks and control requirements this paper specifically designed its software, including the communication protocol between the upper computer with the lower computers, simulation robot's each executing state and executing content which match the actual situation、simulation robot's each movement unit and each movement subunit, etc. After joining the simulation robot control system developed successfully and simulation robot's mechanism, production practice proved that simulation robot run stably and reliably, had Excellent performance and easy service, got a good result in application.
Simulation robot is the mechatronics system with human appearance、language、movement and the ability to communicate with people. Based on simulation robot's mechanism, simulation robot control system represents simulation robot's brain, and implements simulation robot's run program to meet simulation robot's design goal and control target. Dedicated how to build simulation robot control system and how to make it operate satisfactorily, this paper carried out Substantial research work. First, this paper defined simulation robot control system's control target and requirements、system configuration、software and hardware platforms. Second, this paper built simulation robot speech system, and after studying the two parts of speech synthesis and speech recognition contained by speech system applied them to the simulation robot control system. Then, this paper designed and built the simulation robot control system's hardware circuits, including the DC motor drive circuit, the Brushless DC Motor drive circuit, the servo controller, the large power relay drive circuit, etc. Finally, according to the simulation robot control system's control tasks and control requirements this paper specifically designed its software, including the communication protocol between the upper computer with the lower computers, simulation robot's each executing state and executing content which match the actual situation、simulation robot's each movement unit and each movement subunit, etc. After joining the simulation robot control system developed successfully and simulation robot's mechanism, production practice proved that simulation robot run stably and reliably, had Excellent performance and easy service, got a good result in application.
引文
[1]金周英,白英.我国机器人发展的政策研究报告[J].机器人技术与应用,2009,(02)：2～7.
[2]赵臣,王刚.我国工业机器人产业发展的现状调研报告[J].机器人技术与应用,2009,(02)：8-13.
[3]雷静桃.我国机器人发展历程(企业部分)[J].机器人技术与应用,2009,(02)：32～36.
[4]徐方,张希伟,杜振军.我国家庭服务机器人产业发展现状调研报告[J].机器人技术与应用,2009,(02)：14～19.
[5]邓志东,程振波.我国助老助残机器人产业与技术发展现状调研[J].机器人技术与应用,2009,(02)：20～24.
[6]杨先碧.让机器人动感情[J].世界科学,2007,(06)：30～32.
[7]硅橡胶技术可用于高仿真机器人[J].特种橡胶制品,2010,(02)：46.
[8]陈爱珍.日本工业机器人的发展历史及现状[J].机械工程师,2008,(07)：8～10.
[9]王伟,刘远江,李良琦.未来20年(2002-2022)欧洲机器人发展路线图选摘之一[J].机器人技术与应用,2006,(03)：6～10.
[10]黄波.科学家研发出可垂直爬墙横越天花板的蜗牛机器人[J].中小企业科技,2006,(02)：42.
[11]孙斌,杨汝请.开放式机器人控制器综述[J].机器人,2001,(04)：374～378.
[12]吕勤,徐首鑫.基于工控机+DSP的移动机器人控制系统设计[J].电气传动自动化,2009,(01)：43～46.
[13]武传宇.基于PC+DSP模式的开放式机器人控制系统及其应用研究[D].浙江大学,2002.
[14]王洪升,田蔚风,金志华.基于DSP的移动机器人的设计与实现[J].电子工程师,2004,(01)：64～70.
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[18]赵翠兰.七自由度柔顺手腕测试试验台控制系统开发[D].天津大学,2007.
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[20]吕强,王珂珂,王国胜.迷宫机器人中使用红外传感器测距的研究[J].微计算机信息,2008,(34)：118～120.
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[22]曹小松,唐鸿儒,杨炯.移动机器人多传感器信息融合测距系统设计[J].自动化与仪表,2009,(05)：4～8.
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[31]潘胜昔,王作英,陆大琻,刘加.基于MBE算法的一种新的语音合成方法[J].电子学报,1997,(10)：1-4.
[32]尹勇,曹振海,祖漪清.语境相关的音素级语音合成系统中拼接平滑算法[J].清华大学学报(自然科学版),2008,(S1)：640～644.
[33]梁良.一种语音分析识别方法、系统与装置[P].中国专利：CN101308654,2008-11-19.
[34]吴朝晖,杨莹春,李东东.基于情感迁移规则及语音修正的说话人识别方法[P].中国专利：CN 1787074,2006-06-14.
[35]陈雪勤,赵鹤鸣.基于特征转换规则的汉语耳语音向自然语音实时转换方法[P].中国专利：CN 101441868,2009-05-27.
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[41]赵庆卫,王作英,陆大黔.基于音节间相关识别单元的汉语连续语音识别算法[J].清华大学学报(自然科学版),1999,(09)：65～68.
[42]张建平,王作英,赵庆卫,陆大黔.语音理解中的容错技术的研究[J].电子学报,2000,(03)：84～86.
[43]韦皆顶,费树岷,汪木兰,袁建宁.智能型采棉机器人电气控制系统设计[J].制造业自动化,2007,(11)：35～39.
[44]刘华章,张晨亮,唐建华.悬挂运动控制系统设计[J].海军航空工程学院学报,2006,(03)：126.
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[47]池志田.分布式多轴交流伺服运动控制系统驱动板的研究[D].浙江大学,2005.
[48]许世景,王玉梅,张展,徐新.机床电动机智能保护技术的研究[J].机床电器,2006,(05)：49～51.
[49]余张国.嵌入多轴运动控制器的开发与应用[D].西南科技大学,2005.
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[54]骆远福,李格非,刘臣.TF-1型弧焊机器人的多任务实时操作系统和机器人语言[J].兵工自动化,1996,(01)：45～49.
[55]李华萍.现代交流电气传动系统中微机通讯的应用——SRD远程操作控制及上位机通讯的研究[D].天津工业大学,2000.
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[58]赵忠伟.基于嵌入式系统的装配机械手精确定位控制算法研究[D].江苏大学,2010.
[59]邢卓异,朱齐丹.非驱动关节机器人的位置闭环控制研究[J].哈尔滨工程大学学报,2004,(06)：748～755.
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