第
28
卷
第
7
期
计
算
机
仿
真
2011
年
7
月
文章编号
：
1006 － 9348（ 2011） 07 － 0037 － 03
机器人和½件人协同智½仿真方法与技术研究
1
徐益群
，
左
1
1
2
敏
，
高½平
，
涂序½
（
1．
北京工商大学计算机与信息工程学院
，
北京
100048； 2．
北京科技大学计算机与通信工程学院
，
北京
100083）
摘要：
面向新一代电力巡检机器人的发展需求
，
研究开发了机器人和½件人协同智½仿真方法与技术
。
首先建立了协同智
½仿真的广义逻辑表达式模型
，
并设计了机器人和½件人协同智½仿真平台
。
最后进行了机器人和½件人协同智½仿真实
验以验证所得结果的有效性和合理性
。
关键词：
机器人
；
½件人
；
智½仿真
；
协同智½仿真
中图分类号：TP242
文献标识码：B
Technology of Intelligent Cooperative Simulation of Soft Man and Robot
XU Yi － qun
1
，
ZUO Min
1
，
GAO Yan － ping
2
，
Xu － yan
2
TU
（
1． School of Computer and Information Engineering，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China；
2． School of Computer and Communication Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China）
ABSTRACT：
For the purpose of development of the new patrol robot in unattended power station，this paper studies
and designs the intelligent cooperative simulation of soft － man and robot． First，the generalized logic model of coop-
and then the platform of cooperative intelligent simulation is designed． Fi-
erative intelligent simulation is established，
nally，some simulations have been completed to confirm the effectiveness of the obtained results．
KEYWORDS：
Robot； Soft － man； Intelligent simulation； Intelligent cooperative simulation
1
引言
电力对½民经济的发展有着极其重要的基础支撑½用
。
系统
。
本论文主要研究机器人和½件人协同智½仿真的方法
与技术
。
系统仿真特别是计算机仿真在研究开发与工程应
用方面
，
取得了显著进展和重大成就
。
在机器人的研究领
采用计算机仿真技术是开展机器人技术研究的基础和有
域
，
效手段
。
为了提高计算机仿真系统的智½水平
，
涂序½教授
提出智½仿真的概念
［5
½
随着科技的进步
，
大机组
、
大容量的变电站正逐步向无人值
守的方向发展
，
采用机器人对无人值守的环境下的设备进行
自动巡检就显得极其重要
。
本论文中的机器人来源于北京
市电力科技项目
“
无人变电站自动化系统主辅一½化监控
”
的项目中成功研制的电力巡检机器人
。
电力巡检机器人为
保证北京供电系统正常运行
、
保障电力设备的安全可靠提供
了特种助手
。
½是½前巡检机器人的科技化与智½化水平
在巡视½业自动化
、
虚拟仿真智½化
、
人机交互协
仍然有限
，
同化等方面仍亟待提高
。
½件人是拟人的½件人工生½
，
是人的自然生½在½件
世界里的模拟
、
延伸和扩展
［1，
2
½
。
目前
，
计算机仿真技术正从传统
离线的
、
非实时的
、
串行的系统仿真
，
向现代的
、
在线的
、
的
、
实时的
、
并行的协同智½仿真发展
。
协同智½仿真的理论基
：
”
（
础是
“
协调学
。“
协调学
”
Coordinatics）
是研究复杂大系统
“
协商
、
协力
、
协½
，
实现 协调化
”
的理
中各小系统如½协同
、
论
、
方法和策略
。
协同智½仿真的设计思想是为了在复杂大
系统建模与仿真过程中实现
“
人人协调
、
人机协调
、
机机协
调
”
的设计目标
。
本论文主要研究机器人和½件人协同智½仿真的方法
与技术
，
主要内容包括建立机器人和½件人协同智½仿真模
型
，
设计机器人和½件人协同智½仿真平台
，
并进行机器人
和½件人协同智½仿真实验
。
；
机器人是½硬件结合
、
活动
于三维物理空间的智½实½
。
两者在概念
、
原理
、
机制上相
各有所长
；
而在理论
、
技术与方法上又交融渗透
、
互
互区别
、
为借鉴
［3，
4
½
。
把½件人所具备的更全面的拟人智½
、
行为
、
功
½移植到机器人的控制系统½中
，
将进一步提升电力巡检机
器人的环境感知
、
动态决策与规划½力
，
½之真正成为½实
现自动化½业
、
智½化监控
、
科学化决策的变电站智½巡视
2
基金项目
：
PHR201008242，KM201010011006
收稿日期
：
2011 － 05 － 16
机器人和½件人协同智½仿真模型
系统建模是系统仿真的前提条件和理论依据
。
通常
，
系
½是
，
由于传统数学模
统建模意味着建立系统的数学模型
，
—
37
—
型的局限性和实际系统的复杂性
，
在系统建模工½中
，
还存
在不少困难
。
传统的数学模型及建模方法缺乏自学习
、
自适
应
、
自组织½力
，
难以适应复杂大系统建模的实际需要
，
为了
解决复杂大系统建模的实际困难
，
突破数学模型的局限性
，
提出广义模型的概念和建模方法
。
协同仿真模型的广义逻辑表示式如式
（
1）
所示
。
AI + ST
→
IST
CT + IST
→
CIST
式中
：
AI—
—
人工智½
（
Artificial Intelligence）
，
—
简称
AI，
：
专
如
家系统等
；
ST—
—
仿真技术
（
Simulation Technology）
，
—
简称
ST，
：
仿
如
真模型
、
仿真算法等
；
IST—
—
智½仿真技术
（
Intelligence Simulation Technolo-
—
gy）
，
简称
IST，
：
智½仿真界面
、
如
广义仿真模型等
；
CT—
—
协调技术
（
Coordinate Technology）
，
—
简称
CT；
CIST—
—
协同智½仿真
。
—
协同智½仿真可实现机器人的自主巡检½业
，
包括
：
协
协同路径规划与业务管理
，
以及机器人运动跟
同环境构建
、
6½。
典型的½件人和机器人
踪
、
½业状况预测和故障预警
［
的协同仿真模型如图
1
所示
。
图
2
½件人和机器人的协同仿真流程图
（
1）
3
机器人和½件人协同智½仿真平台构建
协同智½仿真平台是实现机器人和½件人平行进化
、
智
在协同智½仿真平台上可以验证机器
½协调的½硬件基础
，
人和½件人平行进化算法及智½协调算法
。
协同智½仿真平
台硬件部分由变电站内巡检机器人和变电站内的管理服务
器构成
，
巡检机器人为移动的½式机器人
。
在移动的½式机
器人上搭½½具备状态反馈的全方½摄像机以及专门用于地
面监控的固定摄像机
，
同时还搭½½用于业务巡检的红外测温
仪
，
以及无线射频数据采集器
。
巡检机器人的嵌入式工业控制计算机中运行控制½件
控制½件人全面控制巡检机器人的各种执行机构
。
人程序
，
控制½人与机器人执行机构构成局部控制级平行系统
，
控制
½件人通过多种½件功½构件对机器人执行机构进行协调
图
1
½件人和机器人的协同智½仿真模型
完成局部控制级的平行进化
；
在管理服务器中运行管
控制
，
理½件人
，
管理½人通过无线局域½络与巡检机器人相连
接
，
管理½件人与控制½件人共同构成协调管理级平行系
统
，
管理½件人还实时采集巡检机器人工½场景中的监控摄
并通过视频识别算子的视频识别得到机器
像机的视频信号
，
y，
这种并行
、
人的物理空间数据
（
x，
θ
） ，
在线
、
动态
、
闭环的结
在这个平台上
构可实时的掌控巡检机器人的各种运行状态
。
可以完成巡检机器人的自主巡检½业
，
包括
：
协同环境构建
、
协同路径规划与业务管理
，
以及机器人运动跟踪
、
½业状况
预测和故障预警
。
机器人和½件人协同智½仿真平台如图
3
所示
。
在½件人和机器人的协同智½仿真模型中
，
管理½件人
管理½件人根据½业任务建
将½业任务传递给控制½件人
，
立½业任务的镜像模型
，
同时对½业任务进行实时的仿真计
算
，
并将结果传递给控制½件人
，
控制½件人通过协调控制
，
控制机器人执行½业
。
同时
，
控制½件人接收执行½业的反
并将反馈信息传递给管理½件人
，
管理½件人继续进行
馈
，
直到协同完成全部的½业任务
。
½件人和机器人协同
仿真
，
智½仿真流程图如图
2
所示
。
根据½件人和机器人的协同智½仿真流程图
，
我们可以
建立½件人和机器人协同仿真流程的多重广义算子模型
，
广
义算子方程组如式
（
2）
所示
。
Y
t
K
t
（·
U
t
）
Y
o
K
o
（· （
U
o
V
co
）
）
Y
m
K
m
（·
U
m
）
Y
s
K
s
（·
U
s
）
Y
c
K
c
（· （
U
c
V
f
）
）
Y
K
c
（·
Y
c
）
Y
c
K
c
（· （
U
c
V
f
）
）
（
2）
4
机器人和½件人协同智½仿真实验
根据以上模型我们可以让机器人和½件人协同完成一
个优化路径的自动巡检
。
首先控制½件人接收任务并将任务
传递给管理½件人
，
管理½件人与控制½件人协同计算出最
优路径
，
控制½件人根据路径控制机器的运动控制系统
，
管
理½件人通过安装在工½环境顶部的摄像机得到机器人在
y）
姿态角
θ
。
路径跟踪时的实时坐标
（
x，
，
管理½件人根据反
馈数据修正机器人的运动
，
这种反馈就实现了机器人的½迹
跟踪
。
从已发表的文献看
，
½迹跟踪控制问题½利用了两个
—
38
—
踪
［7，
8
½
。
在协同智½仿真平台中
，
除了可以实现上述的机器人
和½件人的最优路径求解
，
机器人对生成的最优路径跟踪
，
管理½件人对机器人在最优路径上的跟踪的监控与修正
，
管
理½件人对控制½件人控制参数的优化外
，
还可以实现巡检
机器人在未知环境中通过平行进化的
Q －
学习算法实现避
障
，
未知环境的地图构建
，
多传感器的融合等
。
5
结论
本论文以无人变电站巡回检测移动机器人智½监控系
研究了机器人和½件人协同智½仿真的
统为工程应用对象
，
方法与技术
，
给出了协同智½仿真的广义逻辑表达式模型
，
建立了机器人和½件人协同智½仿真平台
，
并进行了机器人
图
3
机器人和½件人协同智½仿真平台
和½件人协同智½仿真实验
。
所得的研究结果将有助于提
高无人变电站巡检机器人监控系统的智½化
、
拟人化水平
，
为移动机器人控制与管理提供新方法
、
新技术
，
为无人变电
站自动化水平的提高与普及
，
提供广阔的发展前景
。
在未来
我们将进一步研究开发多机器人与多½件人的协
的工½中
，
同仿真的理论方法与实现技术
。
参考文献：
（
3）
［
1½
曾广平
，
．
涂序½
．
“
½件人
”
的概念模型与构造特征
［J½
计算
2005， 5）
：
135 － 136，
32（
143．
机科学
，
［
2½
曾广平
，
［C½．
广州
：
中½人工智½学会第
涂序½
．
“
½件人
”
2003， 12）
：
677 － 682．
（
十届全½学术会议
，
［
3½
马忠贵
，
叶斌
，
曾广平
，
涂序½
．
基于
π
演算的½件人群½½式
控制器实现对移动机器人的控制
。
实际应用中只用一个控制
器就½实现对机器人的控制
。
因此
，
本文设计基于一个控制
器的控制结构实现移动机器人的½迹跟踪控制
。
在此控制结
构下可以最少的控制输入½移动机器人跟踪期望的½迹
。
机
式
器人的运动学模型如式
（
3）
、
（
4）
所示
。
( )
1
v
2
=
1
ω
－ L
1
cos
θ
2
1
sin
θ
2
－
1
L
1
2
v
L
L
1
(
v
)
R
x
p =
y
=
θ
1
cos
θ
2
v
L
1
sin
θ
2
v
R
1
L
( )
（
4）
J½．
北京理工大学学报
，
2006， 2）
：
130 － 134．
26（
化建模
［
［
4½
卢庆龄
，
曾广平
，
张威
，
涂序½
．
½件人个½模型研究
［J½．
计
2005， 49 － 51．
30：
算机工程与应用
，
［
5½
涂序½
，
霍玉梅
．
面向知识经济的智½仿真技术
［J½．
计算机
1999， 3）
：
1 － 3．
16（
仿真
，
［
6½
雷艳敏
，
冯志½
，
宋继红
．
基于行为的多机器人编队控制的仿
J½．
长春大学学报
，
2008， 4）
：
40 － 44．
18（
真研究
［
［
7½ T Sato，A Inoue． Improvement of tracking performance in self －
tuning PID controller based on generalized predictive control［J½．
2
Int． J． Innovative Computing，Information and Control，2006，
（
3）
：
491 － 503．
基于机器人左右½速度调节的控制结构如图
4
所示
。
图
4
移动机器人的½迹跟踪的控制结构
［
8½
蔡自兴
，
．
崔益安
．
多机器人覆盖技术研究进展
［J½
控制与决
2008， 5）
：
481 － 485．
23（
策
，
基于主动补偿的自适应控制器如式
（
5）
所示
。
n －1
［
½者简介½
^
－d
徐益群
（
1981 －
） ， （
汉族
） ，
女
山东临沂人
，
硕士研
主要研究领域为信息管理与信息系统
；
究生
，
u = －
∑
h
i
z
i +1
i =
0
n －1
^ =
ξ
+
∑
k
i
z
i +1
d
i =
0
n －1
n －2
ξ
= － k
n －1
ξ
－ k
n －1
∑
k
i
z
i +1
－
∑
k
i
z
i =
0
i =
0
（
5）
左
敏
（
1973 －
） ， （
汉 族
） ，
½ 铜 陵 人
，
教
男
安
副
授
，
硕士研究生导师
，
主要研究领域为人工智½与
智½管理
；
1，
n
式
（
5）
中
，
参数
h
i
，i
=
0，
． ． ．
，
－
1，
的选取要½
h（ s）
= s
n
+ h
n －1
s
n －1
+
…
+ h
1
s + h
0
的特征值在
s
平面的左半部
。
从实际应用的结果看
，
利用基于调节机器人左右½速度
的控制 结 构 仅 用 一 个 控 制 器 就 ½ 实 现 对 期 望 ½ 迹 的 跟
高½平
（
1982 －
） ， （
汉族
） ，
女
河南开封人
，
博士
，
讲师
，
主要研究领
域为复杂系统控制
；
涂序½
（
1935 －
） ， （
汉族
） ，
男
江西南昌人
，
教授
，
博士研究生导师
，
主要研究领域为人工智½
。
—
39
—
京公网安备 11010802033920号
Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved
评论