蛇形搜救机器人前端传感器设计与实现

设计了一种新型蛇形搜救机器人前端传感器。蛇形搜救机器人灵活的躯体结构适用于废墟环境下的搜救,为机器人设计安装一个多传感器模块全面获取搜救信息,提高搜救效率扩大搜救范围。采用嵌入式技术设计前端传感器,安装在蛇形搜救机器人前端,实现视频、温度、二氧化碳等传感器信息的通信,并且提供LED照明和双向语音对话。通过在模拟废墟环境下的实验,验证了此前端传感器的性能效果。     

无路标环境下遥操作机器人SLAM系统

为了提高遥操作机器人的实用性和高效性,设计与开发了一种基于无线网络的无路标未知环境下探索移动机器人系统,其包括移动机器人子系统和机器人远程状态监视子系统.根据机器人功能需求,提出一种多控制器协作及多传感器信息融合的移动机器人硬件结构.利用机器人实时定位和激光测距扫描的能力,提出了一种改进的VFH算法,进行机器人自主局部路径规划.机器人远程状态监视子系统通过无线网络设定机器人的目标点,实时监视机器人状态,并绘制机器人所探索的环境地图.实验表明,开发的探索移动机器人系统具备了在未知环境探索的能力.     

基于红外传感皮肤的多关节机器人自主运动方法研究

本文研究了障碍环境下多关节机器人自主实时避碰运动理论、技术与方法. 研制的新型红外传感皮肤, 可以为多关节机器人提供所需要的周围环境信息. 针对非结构化环境下的多关节机器人实时避障问题, 提出了一种未知环境下的机器人模糊路径实时规划新方法. 实验结果表明: 基于研制的红外传感皮肤和模糊运动规划算法, 多关节机器人可以在未知或时变环境下自主工作.     

基于智能手机控制的家居服务机器人研发

针对我国智能家居服务机器人的发展现状与不足,设计了一种基于智能手机控制的家居服务机器人。主要涉及技术有:机器导航、机器视觉、信息融合、人机交互、嵌入式技术、语音识别技术等。实现了实时定位、远程控制、自主导航、手势识别、监控家庭环境、语音识别等功能。机器人配有一个单目摄像头,可以实时监控家庭环境;通过智能手机远程控制端可以在世界上任何一个可以上网的地方看到用户家里的状况;并且可以用手机控制机器人的行走路径,真正做到全方位无盲点的实时监控;基于ARM平台的嵌入式视觉处理系统实现手势识别并准确的控制机器人运动;机器人还配有烟雾感传感器、温湿度传感器,可以监测环境的空气质量。经过试验验证,该机器人符合家居服务的基本要求。     

基于DPRAM的数据实时采集系统的研究

文章介绍了PMAC运动控制卡数据读取的几种方式,分析了各自的优缺点.以六自由度喷涂机器人控制系统为例,在Microsoft Visual C#开发环境中设计了基于DPRAM技术的数据实时采集系统,对喷涂机器人的电机状态信息进行实时监控.程序运行结果表明,该采集系统具有良好的实时性和安全性,能满足喷涂机器人对电机状态信息实时监控的要求.     

蜿蜒步态下的蛇形机器人路径跟踪控制研究

在面向灾区救援等针对蛇形机器人蜿蜒运动的直线路径跟踪效果差的问题,本项目提出基于滑模控制理论的方向控制器,有效收敛了蛇形机器人在稳态时的运动误差。针对蛇形机器人头部晃动影响头部传感器获取有效数据的难题,创新地提出基于补偿函数的头部控制方法,使得蛇头的运动方向与蛇身整体的运动方向一致,保证了蛇头相机拍摄的可读性和传感器测量的准确性,便于机器人准确地感知环境,确保在转弯时机器人整体呈蛇形曲线。     

基于多处理器的小型移动机器人设计

设计了一种适用于无线传感器网络环境的小型移动机器人,提出了一种基于多处理器的机器人分级控制系统,其中包括基于PIC18F8620单片机的主控制系统和基于Atmega8单片机的从控制系统.并详细阐述了控制系统的软硬件设计与实现.设计的机器人具有较好运动性能、定位性能、自主避障能力以及运行稳定性,不仅适用于无线传感器网络环境下机器人的研究,也适用于机器人竞赛等领域.     

一种蛇形管道机器人结构设计及运动分析

为了更好地解决管道堵塞、裂纹等问题,本文基于设计了一种用于管道疏通及管道检测的蛇形管道机器人。在狭小管道中,蛇形管道机器人主要通过蠕动的运动方式前进,本文首先对蛇形管道机器人蠕动的运动方式进行了运动学规划,然后建立出蛇形管道机器人的化简模型,通过Adams软件对其运动和力进行仿真分析,并得出蛇形管道机器人蠕动一个循环前进0.145m,蠕动时关节最大力矩为2.03N·m,验证了结构与电机选型的合理性,还设计了一套基于STM32单片机的控制系统,通过配备的App软件控制其运动以及头部的各个传感器,从而实现机器人的运动、检测、疏通等功能。     

矿山钻孔救援探测机器人设计

基于矿山钻孔救援探测需求,针对现有探测机器人信息探测范围窄、探测距离较短、功能单一、无越障能力等问题,设计了一种矿山钻孔救援探测机器人。该机器人能够通过Φ225mm救援钻孔到达煤矿井下,利用携带的传感器和摄像头获取灾变区域的环境信息和被困人员信息,并将信息实时传到地面;以NI myRIO作为控制核心,采用LabVIEW图形化编程构建控制系统,利用有线通信方式实现机器人在灾变区域内的数据远程控制。试验结果表明:该机器人运动性能良好,具有体积小、质量轻、越障能力强等特点,可顺利通过救援孔,能够对井下环境信息进行实时检测和传输,为地面救援指挥中心决策提供了第一手资料。     

煤矿掘进机器人虚拟仿真与远程控制系统

针对现有掘进机视频监控和遥测遥控等监控方式存在图像不清晰、无法真实反映掘进机位姿和工况状态等问题,提出了一种煤矿掘进机器人虚拟仿真与远程控制系统,介绍了系统方案设计,对掘进机器人改进设计、虚拟仿真远程监控平台、掘进机器人控制模型等关键技术进行了研究。该系统利用虚拟现实技术有机整合井下操作人员、掘进机器人和井下环境信息,以掘进机器人自动掘进和远程人工干预为目的,实现了掘进过程的运动控制和巷道成型掘进控制功能。实验结果验证了该系统的有效性和良好的控制性能。     

基于多传感器的可变形机器人自主控制方法研究

将GPS、电子罗盘、倾角仪、码盘传感器应用到可变形机器人自主运动控制中。针对可变形机器人自身结构特点，提出了一种基于多传感器信息融合的可变形机器人在野外环境中自主控制的方法。该方法主要实现了在非结构环境中机器人的自主变形、自主避障和自主导航定位的功能。实验验证了该方法的有效性。     

输电线路巡检机器人远程测控系统的研究与实现

开发了一种针对输电线路巡检机器人的新型远程测控系统.该系统通过与机器人本地控制器的实时通信和多线程技术实现机器人姿态监控和机器视觉检测.通过对机器人控制器发送命令和接收数据实现对机器人的人工遥操作;采用Matlab Script节点实现Matlab与LabVIEW混合编程,完成机器人质心和多关节姿态的计算,采用共享数据库方式调用基于Visual Prolog开发的机器人行为规划应用程序,实现机器人姿态自主控制.实验结果表明,该远程测控系统运行可靠,实时性强,具有良好的人机交互能力.     

基于达芬奇的移动机器人开发平台设计

针对传统移动机器人的实时性差和扩展性差的局限性,在达芬奇技术的基础上,通过裁减定制,去除冗余的功能,设计了一种移动机器人的开发平台。该机器人系统包括移动机器人需要的视觉系统,并有丰富的运动控制接口以及驱动模块。同时,设计了多传感器融合、无线网络通信、路径规划、运动控制、人机界面等移动机器人的测试软件和应用模块。该移动机器人平台也具有模块化、硬件体积小、功耗低、可移植、可扩展、实时性强等优点。     

基于RGB-D信息的移动机器人SLAM和路径规划方法研究与实现

移动机器人在各种辅助任务中需具备自主定位、建图、路径规划与运动控制的能力。本文利用RGB-D信息和ORB-SLAM算法进行自主定位,结合点云数据和GMapping算法建立环境栅格地图,基于二次规划方法进行平滑可解析的路径规划,并设计非线性控制器,实现了由一个运动底盘、一个RGB-D传感器和一个运算平台组成的自主移动机器人系统。经实验验证,这一系统实现了复杂室内环境下的实时定位与建图、自主移动和障碍物规避。由此,为移动机器人的推广应用提供了一个硬件结构简单、性能良好、易扩展、经济性好、开发维护方便的解决方案。     

基于人工势场与IB-LBM的机器蛇水中2D避障控制算法

为了提高多冗余度、多自由度机器蛇水下环境运动适应能力,提出了基于人工势场与IB-LBM （immersed boundary method-lattice Boltzmann method）相结合的机器蛇水中2D智能避障算法.首先,采用格子Boltzmann方法描述2D水中障碍模型、构造统一形式.然后,运用浸入边界法,结合现有的蛇形曲线运动方程,在计入人工势场法引力和斥力作用的情况下,推导得到机器蛇2D水中避障模型.之后,通过改变障碍影响距离、机器蛇摆动振幅、摆动频率、障碍点斥力增益系数、雷诺数以及目标点引力增益系数等重要参数,研究机器蛇在不同情况下的避障效率和避障安全性.最后,通过多次仿真求取各项参数的最优值.仿真结果表明,在各项参数都最优时,该算法能使机器蛇快速、安全、有效地避开水下复杂环境中的静态障碍而到达目标点.该方法不仅能够充分研究机器蛇在水中的流固耦合特性,获得实时避障效果,而且能够利用已知的环境信息生成最优路径.     

基于NB-IoT技术的远程粮情监控系统设计

作为世界上的人口大国,粮食产量一直是我国关心的主要问题。为了解决粮食的安全存储问题和传统仓储环境监测系统灵活性差、功耗高的问题。该文设计了一种基于NBIoT技术的低功耗粮情环境远程监控系统。以STM32L476作为微控制器、BC35-G作为无线通信单元,对粮仓环境监控系统进行了软、硬件设计,使该系统具备实时采集和存储多传感器节点信息(如温度、湿度、烟雾浓度等)、无线传感器网络对数据分组转发、智能终端实时显示和远程控制,解决了以往监控系统的局限性。通过实地测试和反馈,该系统具有低功耗、可靠性高、灵活性强等特点,可实现对粮仓环境参数的实时监测与控制,能够较好地满足应用需求。     

Reinforcement learning in dynamic environment: abstraction of state-action space utilizing properties of the robot body and environment

In this paper, we address the autonomous control of a 3D snake-like robot through the use of reinforcement learning, and we apply it in a dynamic environment. In general, snake-like robots have high mobility that is realized by many degrees of freedom, and they can move over dynamically shifting environments such as rubble. However, this freedom and flexibility leads to a state explosion problem, and the complexity of the dynamic environment leads to incomplete learning by the robot. To solve these problems, we focus on the properties of the actual operating environment and the dynamics of a mechanical body. We design the body of the robot so that it can abstract small, but necessary state-action space by utilizing these properties, and we make it possible to apply reinforcement learning. To demonstrate the effectiveness of the proposed snake-like robot, we conduct experiments; from the experimental results we conclude that learning is completed within a reasonable time, and that effective behaviors for the robot to adapt itself to an unknown 3D dynamic environment were realized.     

NSGA-Ⅱ在蛇形机器人中的优化与控制

研究蛇形机器人蜿蜒运动步态的优化与控制问题。结合摩擦力模型,并分析蛇形机器人运动步态模型,根据基于闭环反馈的控制系统结构运用PID控制器对其步态进行跟踪控制,在此基础上采用基于非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对步态进行优化,该优化方法实现对闭环反馈跟踪控制系统的参数优化。仿真结果表明,NSGA-Ⅱ算法能达到变量优化目的,在功率和速度之间寻找最优值,对于解决蛇形机器人运动步态多目标优化问题是可行有效的。     

基于模糊控制的移动机器人避障研究

针对移动机器人在未知环境中的不确定性,利用Matlab构建了多传感器仿真试验移动平台,在Simulink中搭建移动机器人运动学模型,利用多传感器采集环境中的障碍物信息与目标物的方位角,设计了具有避障功能的模糊控制算法.通过模糊控制器控制移动机器人的左右轮速度实现机器人的转弯以及直走,根据机器人实时的角度反馈信息不断修正机器人的位姿以精确避障.仿真实验验证了该方法的可行性及有效性.