Robot motion control in mobile environment

With the problem of robot motion control in dynamic environment represented by mobile obstacles, working pieces and external mechanisms considered, a relevant control actions design procedure has been proposed to provide coordination of robot motions with respect to the moving external objects so that an extension of robot spatial motion techniques and active robotic strategies based on approaches of nonlinear control theory can be achieved.     

Variable-model SMA-driven spherical robot

In this paper, we introduce a bionic spherical robot. This research has been inspired by the muscular organs and modularity of organisms such as starfish and octopuses. The robot that we fabricated uses five soft feet to crawl like a starfish, and the robotic feet are driven by the shape memory alloy springs. The robotic spherical structure and the soft feet were fabricated by 3 D printing. The robotic feet were made of silicone gel; these feet could bend upward and downward to help the robot to crawl on the ground and roll down a slope. The shell separation module installed inside the robot could divide the robot into two identical modules, and this smart structure could enhance the robotic flexibility in a small space. We performed force analysis and robotic simulation, and the results verified the feasibility of the model. The robot can switch between rigidity and softness by using human control. Three types of gaits have been proposed for controlling robotic movement and improving robotic flexibility in movement; these include rolling, crawling, and avoiding obstacles. The results of this study indicate that the variable-model design of the robot is an effective way to enhance the flexibility of soft robots.     

机器人足球比赛策略仿真系统的设计与建模

多智能体系统(Multi-Agent System)是近年来在智能机器人领域兴起的一个新课题.它主要研究多机器人在各种不利环境条件下,如何相互配合和合作来达到某一目的.微机器人世界杯足球比赛(MIROSOT)为研究多智能体系统提供既经济又典型的实验场地.本文主要讨论机器人足球仿真比赛所必需的比赛策略.本文描述了机器人足球比赛动态建模,给出了足球机器人的基本行为与动作仿真,讨论了基于仿真平台的机器人足球比赛策略.     

仿真机器人足球比赛中的射门策略

针对机器人足球传统射门策略存在射门成功率不高的情形,对FIRA机器人足球五对五仿真平台(SimuroSot 5vs5)中实体的运动规律进行了分析,提出了预测法射门策略.首先建立了机器人的变速运动模型和球在碰撞之后的运动模型,然后根据这些运动模型,实时地对机器人和球的速度及位置进行分析预测,寻找对方守门员的死角,确定最佳的射门区域.通过仿真实验,预测法射门策略与多人协作射门策略、死角法射门策略、基于艾米特插值(Her mite)曲线射门策略相比,明显提高射门的成功率和比赛进球数.     

对抗性多智能体系统中的规划识别方案

针对当前规划识别限于协作多智能体领域的问题,提出了一种适用于对抗环境下智能体的基于Bayesian网络模型的规划识别方案以识别其他智能体的动作目标．研究了机器人足球的几个典型规划,并利用机器人足球比赛仿真系统进行了测试,仿真结果表明该方案有效地增强了智能体间的协作,提高了球队的获胜率。     

具有单目嵌入式视觉的仿人机器人分层控制系统设计

针对仿人机器人的特点,设计了一个具有单目视觉的仿人机器人分层控制系统.通过研究机器人跑步运动的基本原理,在机器人跑步运动中引入手臂摆动姿态,通过最优化跑步过程的总体能效进行步态规划.最后根据FIRA比赛规则,决策系统通过视觉反馈和姿态反馈信息,调用底层动作库,进行短跑运动规划.实验结果表明,该仿人机器人的控制方式效果良好,适合参加竞技类比赛.     

全自主足球机器人在不确定信息下的位置规划

针对全自主足球机器人在比赛中获取定位信息不准确的特点，提出了一种在不确定信息下的位置规划方法－二圆定位法及其相应的信息融合方法－韦思图法。利用上述方法，不但能使机器人的运动控制具有更大的灵活性和鲁棒性，而且能使机器人的路径规划实现快速性，准确性和攻守兼备性之三者之间的协调。最后的实验和比赛实践证明，这种方法是可行而有效的。     

基于VC的直角坐标机器人控制系统设计

针对现代工业对机器人控制系统开放性和通用性的要求,基于VC++设计了一种直角坐标机器人控制系统。整个系统以"工控机+运动控制卡"为核心,采用GALIL DMC-1842运动控制卡、伺服电机驱动器以及直角坐标机器人构成一个开放式结构。控制系统主要包括硬件设计、软件设计和轨迹规划,实现了单轴点动、连续运动、回零运动以及多轴直线插补、圆弧插补等功能。机器人根据末端执行机构的不同,可完成不同作业任务,具有良好的开放性和扩展性。本文执行机构采用雕刻机专用电主轴,根据设定的雕刻任务,编写轨迹程序,成功实现了雕刻任务。实验结果表明,所设计的机器人控制系统较好的完成了轨迹规划任务,具有很好的性能和应用前景。     

内浮顶储油罐机器人清洗工艺的设计

针对内浮顶储油罐传统清洗方法存在的清洗效率低、清洗不彻底和安全性差等缺陷,提出一种内浮顶储油罐机器人清洗技术.机器人清洗系统包括清洗机器人、人孔引导梯、卷放器、动力装置、监控装置、污水回收装置、气体置换装置和给水装置等部分.通过理论计算分析,并充分考虑罐内复杂的工作环境,设计清洗方式为180°水射流清洗以及定点清洗,机器人按照规划的行走路径依次在每一个工作点采用180°的水射流清洗模式进行清洗,定点清洗最终完成有效清洗范围对整个待清洗区域的覆盖.与传统的机械清洗技术相比,机器人清洗技术实现了非人员进罐和自动化清洗,安全,成本低,只需4~5人进行安装操作即可,清洗用时缩短了约1/3.     

基于Wilson-Cowan神经振荡器的四足机器人步态规划研究

中枢模式发生器(central pattern generator,CPG)是一种重要的机器人节律运动控制方法。在Wilson-Cowan神经振荡器基础上,提出了一种新的CPG控制器,用于四足机器人的节律运动控制,每个Wilson-Cowan神经振荡器分别对应机器人的一个步行腿,对机器人的腿进行协调运动控制。通过调整振荡器之间的步态连接权矩阵,可以实现机器人不同的节律运动和各种运动模式间的转换。计算机仿真表明:本文提出的CPG控制方法能够稳定的生成不同步态的机器人运动轨迹,输出结果能够较好地符合各种步态的相位要求。     

Design,fabrication and kinematics of a bio-inspired robotic bat wing

The current work is oriented toward the development of a novel biologically inspired bat aerial robot with morphing wings. Based on the flight characteristics data of natural bats (Eptesicus fuscus), a novel four degrees of freedom robotic bat wing was developed to emulate the movements of bat wing. The design, fabrication, programing and wind tunnel experiments of the robot bat wing are described in this paper. Based on this robotic wing, the influence of flap amplitude, wind speed, flight frequency, downstroke ratio and stroke plane angle as well as the contributions of flap, elbow, sweep and wrist motions on the aerodynamic force and mechanical power were studied and analyzed. Results of wind tunnel experiments validated that higher lift would bring greater power consumption, and the flap motion would generate the most force and need more energy expenditure compared with other motions of bat. The experimental results suggest that the flap and fold motions are indispensable to make a robotic bat wing that has a better flight performance. This study provides some implications and a better understanding for the future robotic bat.     

人手到灵巧手指尖运动映射的实现

在人手到灵巧手的运动映射方面，人手和灵巧手在运动学上的异构现象造成了二者之 间运动映射的困难。本文研究灵巧手的抓持规划，通过主从操作来实现。提出了一种基 于虚拟手指的直角空间指尖运动映射方法实现人手到灵巧手的运动映射，以数据手套为人机 接口，测量手指的关节角度，建立手的运动学模型，根据运动学模型计算出指尖运动轨迹， 完成指尖在抓取过程中的运动学分析，记录指尖在直角坐标空间的运动轨迹，实现了人手和 灵巧手的三维运动仿真，完成了三维工作空间的可视化。在虚拟环境下，运动仿真验证了映 射算法，证明了其有效性。     

机器人的自适应小脑模型控制

利用水脑模型算术模块模拟机器人动力学方程，计算实现期望运动所需力矩作为前馈控制力矩，采用自适应反馈控制消除输入扰动及参数变化引起的误差．控制方法的有效性通过回自由度直接驱动机器人仿真得到验证．     

基于加速度传感器的机器人学习控制

加速度传感器安装在机械手手部,各关节的加速度由加速度分解算法得到。文中提出的学习控制算法,利用加速度误差校正驱动器运动。算法的有效性通过PUMA562机器人的计算机仿真实验得到了证实。提出了一种基于几何级数的极限条件估计学习控制过程收敛条件的方法。     

一种基于图象的无标定视觉伺服方法的研究

采用基于图象的视觉伺服方法，绕过了3D空间的重建，直接利用图象特征来控制机器人的运动、给出了一种基于图象的无标定的视觉伺服控制方法，通过动态估算图象雅可比矩阵来代替实际的雅可比矩阵，消除了工业应用中标定的繁琐和由此引起的误差，特别避免了基于位置控制方法成像过程的非线性和图象匹配等带来的视觉重建困难。     

关于足球机器人系统的工作模式及通讯机制的探讨

机器人足球比赛融合了实时视觉技术、机器人控制、无线电通讯、多机器人协作等多个领域的技术,是研究多Agent系统的标准实验平台,总结了机器人足球比赛中的关键技术,基于Agent思想,对足球机器人系统的两种主要的工作模式即基于视觉的集中控制模式和基于视觉的半自主控制模式进行了分析和比较,探讨了足球机器人的通信机制和推理过程,这些思想不仅适用于机器人足球比赛系统,而且对其它智能机器人系统同样具有指导意义。     

基于改进随机蕨的移动机器人物体识别算法

物体识别是智能移动机器人的重要功能之一,针对计算机视觉领域移动机器人在约束场景,如低图像分辨率,运动模糊和背景杂乱等相关研究比较少的现状,根据移动机器人捕获图像的特点,对随机蕨算法的参数进行了调整,并对匹配标准进行了改进,取得了较好的识别正确率。该算法实时性较好,适用于移动机器人的物体识别。     

小型仿人机器人步行稳定控制方法研究

针对小型仿人机器人足部异常着地姿态对步行稳定性的重要影响,提出了一种基于力分布的快速着地柔顺控制方法,使机器人能够根据着地时地面反作用力的分布情况,快速判断足部着地姿态,通过实时调节踝关节实现机器人的快速着地柔顺控制。该方法结合基于零力矩点（Zero Moment Point,ZMP）和身体姿态的平衡控制方法,在运动调节功能的协调下,形成了一个较为完备的小型仿人机器人实时稳定控制体系。     

四足宠物机器狗动态步行规划与仿真

以四足宠物机器狗爱赛比为研究对象,分析机器狗步行机构组成,建立关节结构模型,根据仿生学原理对四足机器狗的对角线一致的步态运动进行了分析与规划,利用Matlab对步态规划进行了仿真并采用关节控制器验证了对角线一致的步态运动分析与规划的正确性。步态规划为四足机器人实现高速行走提供了一种可行的方法。     

基于Kinect视觉功能的机器人控制方法

介绍了一种基于Kinect装置的机器人控制方法,该方法涉及机器人控制领域,并且具体应用于两轮自平衡机器人运动控制和人机交互系统。该方法针对两轮自平衡机器人的运动控制系统利用Kinect与DTW手势识别算法对其进行控制。实验结果表明：该方法能够实现人与两轮自平衡机器人的自然交互控制,并且具有良好的实时性和鲁棒性。