基于微机电惯性传感器的四足机器人姿态检测

提出了一种基于微机电惯性传感器的四足机器人姿态检测系统和方法,由加速度传感器和角速度传感器模块组成,经数据计算可获取静态姿态、动态加速度、静态欧拉角和动态欧拉角检测等。对加速度传感器和角速度传感器参数标定和信号调理,建立了四足机器人姿态检测模块的硬件系统。通过在四足机器人上进行了姿态检测模块的测试,表明该姿态检测系统能有效检测到四足机器人的关键姿态特征量,为四足机器人的姿态稳定性控制提供设备保障。     

圆柱形钢制构件表面爬壁机器人姿态估计方法

针对相对封闭、磁干扰等特殊环境下传感器应用受限,导致爬壁机器人的姿态估计误差偏大的问题,提出并实现了一种基于惯性测量单元(IMU)和圆柱形状约束的爬壁机器人姿态估计方法(IMU-CC-ATE)。该方法利用爬壁机器人执行工作任务中运动状态和静止状态频繁切换的特点,使用静止状态时IMU的角速度输出值估计相邻运动状态时IMU的角速度漂移值;并结合圆柱形表面约束使机器人姿态估计的横滚角保持不变的特性,设计扩展卡尔曼滤波器(EKF)对机器人的姿态和IMU的角速度漂移进行实时估计。实验结果表明：该方法使爬壁机器人姿态估计的航向角误差从20°以上降低至3.5°,俯仰角误差保持在2°以内,横滚角误差在0.5°以内,有效地提高了机器人姿态估计精度。     

微惯性组件多传感器数据融合测姿方法研究

针对微惯性测量组件在微型机器人、小型无人飞行器等微惯导领域应用为研究背景,开展了微惯性组件中融合多种传感器信息的姿态测量方法研究。通过陀螺仪,加速度计,磁阻传感器等微惯性传感器的测姿方法,对不同传感器组合测试得到结果进行数据融合,选择融合测姿结果作为观测数据,随后联合无迹卡尔曼滤波器进一步准确估计载体姿态。采用研制的微惯性组件与商用AHRS系统搭建了实验平台,开展了不同算法下的人体姿态测量实验,实验结果验证了算法的有效性。     

四旋翼姿态解算算法的对比与研究

在无人机领域,具有高精度且易于实现的导航算法是研究的热点,获取准确实时的姿态信息是无人机控制的关键。针对姿态解算问题,采用陀螺仪和加速度计等常见惯性元件,给出姿态矩阵的更新算法,仿真并对比了互补滤波器、梯度下降算法和线性卡尔曼滤波器等常用姿态解算算法,有利于人们加深对姿态解算的认识。     

双臂空间机器人姿态与关节协调运动的自适应控制、鲁棒控制

讨论了载体位置不受控制情况下的双臂空间机器人姿态和关节协调运动的自适应与鲁棒控制问题。利用拉格朗日方法导出了双臂空间机器人欠驱动形式的系统动力学方程;在该方程的基础上,基于增广变量法（恰当地扩展系统的控制输入和输出）,成功地克服了完全能控形式的空间机器人系统动力学方程关于惯性参数呈非线性函数关系的难点;针对双臂空间机器人两末端抓手所持载荷参数未知与不确定两种情况,分别设计了载体姿态与机械臂各关节协调运动的自适应控制和鲁棒控制方案。系统数值仿真表明,两种控制方案均可有效消除空间机器人系统惯性参数未知和不确定的影响,控制双臂空间机器人的载体姿态与机械臂各关节准确地完成期望的运动。     

跳跃机器人起跳姿态优化方法研究

提出了一种跳跃机器人起跳运动优化方法,分析了跳跃机器人惯性匹配与跳跃性能的关系。基于空间浮动基建立了跳跃机器人变约束动力学模型;运用惯性匹配椭圆和方向可操作度理论,优化起跳姿态。仿真和实验表明,惯性匹配椭圆是一种较好的跳跃机器人起跳姿态优化方法。     

跳跃机器人起跳姿态优化方法研究

提出了一种跳跃机器人起跳运动优化方法，分析了跳跃机器人惯性匹配与跳跃性能的关系。基于空间浮动基建立了跳跃机器人变约束动力学模型；运用惯性匹配椭圆和方向可操作度理论，优化起跳姿态。仿真和实验表明，惯性匹配椭圆是一种较好的跳跃机器人起跳姿态优化方法。     

基于惯性传感组件和 BP 神经网络的 防冲钻孔机器人钻具姿态解算

钻孔卸压是高地应力矿井治理冲击地压的首要措施,对实施钻孔作业的防冲钻孔机器人钻具姿态准确测量是保障钻孔位置及卸压效果的前提。为此,本文提出了基于惯性传感组件和BP神经网络的防冲钻孔机器人钻具姿态解算方法,通过设计惯性传感组件的空间阵列式布局方式(空间阵列式IMU),建立了空间阵列式IMU的数据融合模型及位姿解算模型,实现了钻具姿态的高精度解算。在此基础上,提出了基于BP神经网络的惯性传感组件误差补偿方法,建立了钻具姿态解算误差补偿模型,并通过钻具模拟运动的解算分析对空间阵列式IMU解算和误差补偿方法的可行性进行了验证。最后,通过搭建的防冲钻孔机器人钻具姿态监测实验平台,对不同方法的钻具解算结果进行对比分析。实验结果表明,在BP神经网络模型进行误差补偿后,本文所提方法解算出的钻具姿态精度明显提高,钻具方位角、倾角和横滚角的平均误差分别为0.099°、0.079°和0.045°,有效抑制了惯性传感组件的漂移和误差积累,且钻具姿态解算误差曲线没有出现发散现象。因此,该方法可以持续稳定地对防冲钻孔机器人钻具姿态进行可靠监测,具有较高的推广应用价值。     

漂浮基姿态受控空间机器人关节运动的自适应模糊滑模控制

重点研究了载体位置无控、姿态受控情况下,空间机器人姿态、关节协调运动的自适应模糊滑模控制问题。由拉格朗丑第二类方法及系统动量守恒关系,建立了漂浮基空间机器人的系统动力学方程。以此为基础,针对空间机器人所有惯性参数均未知的情况,设计了空间机器人载体姿态与机械臂各关节协调运动的自适应模糊滑模控制方案。数值仿真的结果,证实了该控制方案的有效性。     

基于MTi惯性测量的偏航角检测

针对当前一些交通工具及军用飞行器的姿态测量开发难度大和周期长的问题,提出了基于惯性姿态参考系统(Motion Tracker Instrument,MTi)惯性测量的偏航角检测方法。该方法利用MTi及步进电动机等构成一个测试平台,通过获取系统实时采集当前的偏航角,并通过单片机进行姿态解算,从而判断系统是否按照设定路线前进,然后输出控制信号给电动机的驱动电路,驱动电动机向相应的方向转动。实验表明:测量结果和姿态解算的值基本一致,测试平台的运行路线正确。