一种跨平台多通道人机交互控制系统设计

针对一种核环境移动机器人控制的特殊需求,在分析了ROS系统架构后,提出了ROS机器人应用程序的基本架构,基于此架构设计了基于Linux和Windows系统跨平台多通道遥操作交互控制系统。实现了对机器人作业机械臂带力反馈的主从控制,对移动底盘的自主控制、手动控制、语音控制。详细说明了交互系统的设计实现过程。通过对客户端系统机器人交互模型的正确性和服务器端系统正确性进行了仿真验证,最后通过综合实验证明整个交互系统的正确性和友好性,结果表明操作者可通过本地渲染的虚拟场景和远端机器人反馈的多路视频信息和机器人本体的状态信息对机器人工作状态做出正确判断和新的规划,很好地完成作业任务。     

移动机器人自主定位和导航系统设计与实现

为实现未知环境下,移动机器人自主定位和导航,构建精准的环境地图,提出移动机器人导航系统设计方法。采用蒙特卡洛算法对机器人进行定位,通过栅格地图扫描匹配方法进行地图构建,利用Dijkstra算法对当前地图进行路径规划。将上位机和下位机串口通信,把上位机路径规划的Twist消息发送给下位机,采用底层控制器来控制电机,实现移动机器人自主运动。实验结果表明:在实际环境中,移动机器人能够从起始点出发,自主绕过障碍物到达目的地,验证了该移动机器人自主导航系统设计方法的有效性。     

清雪机器人自主定位与导航系统设计与开发

针对清雪机器人在未知环境中缺乏环境感知能力和自主规划路径等问题,研究基于机器人操作系统（ROS）结合激光雷达的同时定位与建图技术（SLAM）、路径规划技术,确定清雪机器人的研究思路。采用基于改进Rao-Blackwellized粒子滤波SLAM用于机器人在未知环境中实现同时定位和建图,通过激光雷达扫描匹配建立栅格地图,采用A*和DWA算法对建立的栅格地图进行全局路径规划和局部动态避障,并通过自主开发的清雪机器人作为实验平台验证可行性。结果表明：在实际环境中,基于激光雷达的同步定位与建图有效解决了清雪机器人位姿估计和地图构建问题,清雪机器人能够按照指定清雪路线移动,并避开实时出现的障碍物,验证了清雪机器人设计的可能性。     

井下巡检机器人浮动式移动底盘设计与分析

为提高巡检机器人行走稳定性及越障性能,解决煤矿井下非结构化和复杂未知环境的安全巡检问题,提出一种浮动式巡检机器人移动底盘的设计方案。阐述巡检机器人浮动式移动底盘的结构设计及工作原理,分析巡检机器人越障过程,推导巡检机器人质心位置,得到越障高度与移动底盘位姿关系。运用ADAMS建立巡检机器人虚拟样机,模拟机器人在井下各种复杂路面行走及越障过程。结果表明：所设计的浮动式移动底盘提高了巡检机器人在井下复杂路面行走的稳定性,使巡检机器人具有平稳运行及良好的越障能力,进一步验证了井下巡检机器人浮动式移动底盘设计的可行性。     

基于多传感器信息融合移动机器人导航定位研究

移动机器人的导航及定位是机器人自主导航的关键技术之一。为提高移动机器人的导航及定位能力,提出以多种导航定位传感器组合为融合单元,设计扩展卡尔曼滤波算法,将陀螺仪、里程计和电子罗盘采集的数据进行融合。设计模糊神经网络对所融合的数据进行训练处理,提高数据处理的精度和效率,实现对移动机器人精确的控制。并进行了仿真分析,结果证明：所提出的多传感器信息融合算法既可使移动机器人在复杂环境中自主定位,又实现有效避障,有实际参考价值。     

基于视觉的工业机器人离线编程系统的设计

针对传统离线编程系统通用性差、可靠性低和二次开发难度大等问题,开发一套基于机器视觉的工业机器人离线编程系统。基于模块化思想,将该系统划分为机器视觉模块、虚拟环境模块、运动学模块、轨迹规划模块、离线程序模块和外部通信模块。借助机器视觉模块解构视觉系统与机器人末端位姿的坐标映射关系,得到规划机器人运动所需的位姿数据;基于虚拟现实建模语言构建机器人虚拟仿真环境,基于运动学模块与轨迹规划模块将位姿数据转化为机器人的作业〖JP2〗指令;基于离线程序模块与外部通信模块实现控制器指令与虚拟仿真环境的无缝衔接。最后,以一种六轴工业机器人为测试对象验证了该离线编程系统的基本功能。实验结果表明:该系统定位误差最大为0.4 mm,精度高,可满足工业应用需求。     

移动焊接机器人结构设计与路径规划

针对大型焊接件生产中存在的大范围复杂焊缝以及狭窄空间内部焊接条件恶劣的情况,设计一种新型移动焊接机器人。采用3个独立驱动的OMNI全向轮作为机器人的移动机构,同时在移动机构底盘安装支撑轮及可调节磁吸附装置,并设计五自由度机械臂作为焊接执行机构;对机器人移动平台与机械臂分别进行运动学分析以及整体运动学分析,推导出机器人末端执行器与驱动轮、机械臂关节角位移之间的函数关系;针对曲率变化较大的焊缝难以焊接的问题,提出基于改进粒子群优化算法的多段直线逼近曲线的移动平台路径规划算法,并用MATLAB仿真验证了该路径规划算法可以完成任意曲率曲线的焊缝离散化,在满足焊接精度的前提下,能够减少焊缝离散点数目,提高了移动平台路径规划的效率。     

平面自主移动焊接机器人仿真实验

设计了一款全新平面自主移动焊接机器人。采用两轮差速轮式移动方式,与万向球形成三点支撑,二维十字滑块作为精确定位机构。采用全封闭式结构,小型化、轻量化。利用CATIA进行三维建模,排除干涉。为验证机构的正确性,在ADAMS中对虚拟样机进行了运动轨迹仿真。由于焊接机器人的机构特点,它在行走过程中会出现偏差。为了减小因机构在运动中出现的偏差,进行了仿真实验。得出通过对焊接机器人底盘增加磁力和调整两轮速比可减小偏差,进一步提高了其焊接跟踪精度。     

通用机器人离线编程仿真平台设计

针对国内机器人离线编程仿真平台支持语言范围小，机器人控制功能不完善等问题设计出一套可以支持多种机器人编程语言与机器人结构的通用机器人离线编程仿真平台架构。基于模块化的思想，将该系统划分为两大主要模块，分别是用于解析机器人语言代码的语言解析模块与用于控制与模拟机器人运动的机器人仿真模块。基于语言解析模块识别机器人编程语言代码，并将机器人的程序语言代码解析为用于控制机器人运动的指令数据。基于机器人仿真模块实现机器人正向控制、逆向控制、轨迹规划与三维图形绘制。最后利用Qt为平台开发基础框架，实现代码的编辑，嵌入Bullet物理引擎构造机器人的相关参数，嵌入OpenScenceGraph三维图形引擎将物理场景中的信息以图形的方式绘制在Qt提供的显示界面上，并以一段Rapid语言代码与一种通用的六轴机器人为实验对象验证了平台的基本功能。实验结果表明，该平台能够准确的将语言代码转换为指令数据，并能控制机器人进行相应的轨迹运动，满足机器人离线编程需求。     

基于Solidworks与Matlab的码垛机器人动力学仿真

动力学是高速码垛机器人设计过程中必须考虑的问题,但要建立机器人精确的动力学模型比较困难.通过Solidworks建立机器人实体模型,并将其导入Matlab中,在仿真环境中调整相应参数,得到机器人的动力学仿真模型,再利用Simulink添加控制模块、驱动模块(Joint Actuator)和检测模块(Joint Sensor)建立完整的仿真模型,通过两者的结合进行机器人动力学仿真分析.结果表明,运用Solidworks与Matlab联合仿真,可以缩短设计周期、形象直观的模拟机器人的三维运动情况,有效的获取其动力学特性参数.     

一种基于激光雷达的移动机器人环境建模新方法

环境建模技术是自主式移动机器人导航研究中的一个重要环节.本文在分析当前普遍采用的一些环境建模方法及其缺点的基础上,针对复杂环境下移动机器人的导航任务提出了一种结合栅格法和改进AVBN法的环境建模方法.该方法首先读取激光雷达数据来建立栅格地图,再通过栅格扩张形成一个由可行路径所组成的网络拓扑图,从而可利用图搜索优化算法得到从起始点到终止点之间的一条最短路径.此方法的鲁棒性和有效性通过笔者自行研制的移动机器人IMR01及其HOMING策略得到了验证.     

Featureless robot navigation using optical flow

In this paper, we aim to develop an algorithm for featureless navigation of an autonomous robot using optical flow observed through a vision system mounted on a mobile robot. Furthermore, we show that this optical flow observed from a mobile robot for navigation of it is also used in the construction of environmental maps. Our algorithm first detects an area corresponding to the dominant plane from a sequence of images employing optical flow and, second, backprojects the dominant plane to the environment for the construction of the environmental map. Moreover, our algorithm estimates ego-motion of the mobile robot using projected optical flow. The planar area detection by our method does not require any physical assumptions concerning the robot motion of any camera calibration. Therefore, our algorithm allows obstacles to be detected without using any feature in the environment and any heuristics rule. We show the results of the construction of an environmental map using the mobile robot.     

多传感器信息融合在移动机器人导航中的应用

通过实例描述了多传感器在移动机器人导航中的应用，建立了基于信息融合的导航体系结构，并详细描述了各个模块及其功能，最后通过MATLAB／SIMULINK环境下进行仿真实验，结果表明了多传感器信息融合方法在导航中的有效性。     

基于模糊算法的水下机器人路径规划研究

针对水下机器人的工作环境的复杂性与不确定性,为了提高自主式水下机器人与外部环境交互及自主航行的能力,结合视线导航原理与模糊控制算法,提出一种未知环境下水下机器人的局部路径规划策略,可实现机器人的实时避障功能。利用测距声呐、短基线系统对环境进行探测,得到一定范围内的障碍物与目标信息,通过模糊控制器实时调整水下机器人的运动偏转角度,有效地避开障碍物,达到预定目标点。最后通过MATLAB进行仿真,构建一个仿真实验平台,交互式设置障碍物的数量、大小、形状、位置等初始信息,机器人运用该算法在多障碍物、不同路障环境下,都能较好地实现机器人避障,验证了算法的有效性。     

机器人移动平台二次调节电液驱动及智能控制系统的设计

将二次调节静液传动技术应用到大负载机器人移动平台中,设计了移动平台二次调节电液驱动系统的3种结构。采用智能防倾覆技术、基于CAN总线的通信和控制技术、路径规划及主动避障技术、多传感器信息融合技术等,设计了移动平台的智能控制系统,可实现移动平台的自主控制、自主导航和自主定位,及能量的回收与再利用,减少了移动平台的装机功率。该移动平台适合在野外高速、大负载的工况下工作,承载大、牵引能力强。     

Self-organizing Neural Network for Trajectory Control and Task Coordination of a Mobile Robot

A multi-layer neural network is used to control the navigation of a mobile robot in an environment containing obstacles in a temperature field. The mobile robot must avoid obstacles and hill climb towards the maximum of the temperature field. The strategy for each of these two tasks is acquired by learning. First by exploring the environment, the mobile robot extracts the relevant sensory situations by building up an internal map of the environment. The associations between these situations and the appropriate actions are then formed in an unsupervised manner, i.e. with no ‘teacher’required. The proposed structure of the system permits the coordination of the two tasks. Simulation results display not only the ability of the robot to achieve collision-free navigation towards its target in the explored environment, but also in new unvisited environments, illustrating the generalization property of neural networks.