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1. 研究目的与意义（文献综述）

1. 课题研究背景和意义

移动操作机器人由移动机器人平台和安装在机器人平台上的机械臂组成，集成了行走和操的功能，可有效拓展传统工业机器人的应用范围^[1]。传统的工业机器人的操作对象必须被输送到操作臂可以达到的工作范围内，并且在工作时需要与人隔离，以免造成人身伤害。为了让机器人更好地满足人的意愿和要求，与人合作、互动、完成特定的操作任务，遵循人机协作的发展方向，移动操作机器人需要具备感知的能力^[2]。而空间移动、决策和自主操作能力则可以有效提高人机协作的水平。计算机技术和传感器技术的快速发展，使得自主移动操作机器人相比于传统机器人有着更加丰富的信息获取路径，因此机器人能够通过各类传感器感知自身状态和环境的信息，为其自身进行行为决策时提供参考^[3]。移动机器人平台很大程度上大了机械臂的工作范围，而机械臂也丰富了移动机器人平台的功能，故移动机器人平台与机械臂的结合具有广阔的应用前景。移动操作机器人的主要应用场景为：物流仓储系统、特殊环境的作业、智能家用服务和教育科研等。在物流仓储系统^[4]中，移动操作机器人可以配合移动机器人，实现物件的分拣、运送、归类存放，成熟的应用实例有亚马逊物流机器人系统等。特殊环境的作业是指对于人无法到达或者对人类有害的环境中，移动操作机器人可以帮助类进行远程可控的操作，应用例如火星探测、反恐防爆、救援抢险等^[5]。智能家用服务机器人可以通过友好的设计和功能，在生活中给人类提供辅助性的服务^[6]，例如智能管家、助老助残等，移动操作的功能可以极大提高人们的生活质量。移动操作机器人在教育科研方面的需求也十分广泛，知名的教育科研的产品如kuka公司的youbot^[7]。

综上所述，移动操作机器人的研究对于机器人产业的发展以及人们生产生活的改善具有重要的意义。

2. 国内外研究现状

国外对于移动操作机器人的多年研究积累了较为全面的技术方法^[8]，已经推出许多成熟的产品，应用领域涵盖教育科研、智能家用、军事、测绘等多个行业。德国kuka公司的youbot是为教学研究而推出小型移动操作平台^[9]。平台加装了麦克纳姆轮，可以实现全向运动，平台的有效载荷为20kg，机械臂有效载荷0.5kg，末端为两指的夹持器，机器人内置激光扫描仪、摄像头和各类传感器，同时具有丰富的开源软件接口。移动操作平台内部采用实时的ethercat通信协议，且移动平台与操作臂可以独立控制。丰富而简便的应用方式，是youbot在教育科研领域的独特优势，通过该产品的推出，移动操作机器人技术会得到极大发展。图1-1(a)为kukayoubot的实物图。美国的willowgarage于2010年推出个人服务机器人pr2^[10]。该机器人搭载两个7自由度机械臂，机械臂末端配有夹持器，负载为1.8kg。机器人的基座、胸部、肘部、头部等多个部位装有多种传感器设备，包括高分辨率摄像头、双目相机、激光雷达、力传感器、惯性测量单元、触觉传感器等。底部有两台8核心服务器作为控制和通讯中枢，机器人的控制系统为开源ros（机器人操作系统）^[11]，开源系统给该机器人的功能开发和扩展带来许多便利。图1-1(b)为pr2机器人的实物图。西班牙的robotnik在2014年推出主要运用于军事和测绘行业的g-wam，平台上机械臂的最大负载为4kg，最大行进速度可达3m/s，机器人基于ros开发，可定制的越野轮组、7自由度机械臂加上丰富的传感器配置，例如9轴惯性测量单元、激光雷达等，使得机器人的工作环境更加灵活多样。图1-1(c)为g-wam的实物图。

2. 研究的基本内容与方案

3.研究内容和技术方案

3.1研究内容

本文以带操作臂的移动操作机器人为研究对象，重点完成对堆移动操作机器人的机械结构的设计和对控制方法的研究。本论文的研究目标包括了以下主要内容：

1、移动操作机器人的机械系统设计。内容包括移动平台的设计、移动平台的运动分析、机械臂的选取和集成等机器人机械系统相关的设计思路和方案。

3. 研究计划与安排

4.进度安排

第1-2周 阅读相关文献，了解国内外动态人机协作控制技术的发展和应用前景；

第3-4周 学习python编程语言，熟悉机械臂的正、逆运动学计算算法；

第5-7周 完成特种建筑机器人的机械臂设计及其模型建立；

4. 参考文献（12篇以上）

参考文献

[1]yamamotoy,yunx.coordinatinglocomotionandmanipulation

ofamobilemanipulator[m]//recenttrendsinmobilerobots.:157-181.