基于“慧鱼”创意组合模型的避障机器人的设计与制作

"慧鱼"创意组合模型包括机械构件、电气构件、传感器、电脑控制器及控制软件,利用"慧鱼"创意组合模型,通过机构设计、软件编程和模块组装等环节,设计制作了避障机器人,阐述了避障机器人的基本结构原理及制作过程,介绍了行走、传感、控制各个单元的的组建原理,编制了软件控制程序,完成了避障行走实验,实现了预期学习目标。     

仿生机器鱼监控系统设计与实现

仿生机器鱼作为一种高效的水下推进机器人,在水域探测、开发、安防等方面具有广阔的潜在应用前景。仿生机器鱼监控系统的设计是仿生机器鱼游动机理和运动控制的重要基础。文章围绕监控系统的硬件、软件、无线通信与系统界面,设计了一种仿生机器鱼监控系统,搭建了仿生机器鱼监控系统实验测试平台,并对其测试结果进行分析。结果表明:仿生机器鱼根据系统中的输入命令能够做出相应的动作,同时系统界面上产生不同运动模态下的曲线;仿生机器鱼执行命令时实时向监控计算机发送返回值,实现两者之间的无线通信协议;监控计算机与仿生机器鱼可以实现稳定交换游动控制命令、游动模式、游动姿态等数据,运行效果良好。     

水质监测传感器数据采集节点的设计和实现

针对水质监测无线传感器网络中实时性和多参数监测的要求,设计并实现用于水质监测的传感器数据采集节点.根据水质传感器输出信号的特点,提出新型的信号调理及检测通路复用的方式,复用的信号通路由自主研发的传感器信号调理电路芯片实现.在软件上设计循环检测中断的方式,结合3G移动网络通信技术,实现了水质监测多参数数据的实时上传.测试结果表明,通过与DO100以及标准溶液进行比较测试,节点能够准确采集温度、DO(溶解氧浓度)、pH(酸碱度)、ORP(氧化还原电位)、EC(电导率)5种水质参数数据,并能够实时上传监测结果至云服务器.     

多传感器数据融合在小车避障上的应用

介绍了多传感器数据融合技术的基本原理,研究了它在小车自主探测避障上的应用,并给出了基于六个超声波检测模块的自主探测避障小车的硬件设计以及软件设计。经过实物测试反映,该方案能够满足小车自主探测避障的需求,精准度更高。     

基于多传感器的智能小车避障系统设计

针对智能小车存在的避障缺陷,设计了一种超声波单点避障与红外双路交叉避障相结合的全方位避障系统,系统以Arduino为主控单元,以Linux为开发平台,通过多传感器数据的采集融合、经由计算机算法控制,可实现全方位自动避障.系统硬件采用多模块协调配合,可使系统具有较高的自适应能力.实验结果表明,设计的全方位避障系统较大地提高了避障的效率和成功率,可有效地实现全方位避障.     

仿生机器蟹变结构力觉传感器的设计及数据处理

针对二十四自由度仿生机器蟹研制过程中面临的蟹腿微型化问题,设计了变结构的蟹腿力觉传感器,该传感器与蟹足的腿节、胫节集成为一体,在蟹腿运动过程中传感器结构发生变化,为数据处理带来了困难,为此利用FPGA设计了高速高精度的CORDIc离散三角函数发生器,实时解耦、计算,并给出了仿真结果,确保了精度和实时性.该传感器安装在仿生机器蟹上,使机器蟹能够在复杂的环境中探知障碍物的方位,验证了该结构传感器的有效性.     

基于射频识别的智能物流小车

射频识别技术正越来越多的应用于生产和生活的各个领域.将射频识别技术与智能小车技术相结合,设计并实现了一种智能物流小车.小车利用红外传感器完成寻迹与避障,同时利用射频识别阅读器读取物品与线路中的电子标签,从而自动识别路径和方位,完成搬运物品的任务.     

基于机器视觉的智能导盲机器人系统设计

随着智能化的发展,图像处理技术在我们的生活和生产,特别是智能机器人中的应用越来越广泛。针对目前导盲机器人国内外研究现状,设计了一种基于机器视觉的导盲机器人。本设计可以通过单目测距结合You Only Look Once Version3(YOLO V3)算法检测并识别周围的物体种类和与机器人的距离,并以语音的形式告知盲人;导盲机器人本体结合各类传感器完成自主导航;盲人在机器人的指导下行走,大大的弥补了盲人视觉上的缺陷。从模拟实验环境的结果可以看出,该导盲机器人实现了前进、停止、转弯、避障等功能,实现了指示前方障碍物种类、距离的功能,从而为盲人出行提供了安全的保障。     

微流量传感器及其在压电泵闭环控制中的应用

在现有压电泵研制基础上,开发了一种基于压差原理的微流量传感器并将其集成到压电泵闭环控制系统中,实现了压电泵输出试剂体积精确闭环控制.通过理论计算,指出了传感器的设计原理和传感器芯片设计原则,进而完成了传感器的封装;为方便观察传感器检测的流量信号,设计了传感器信号的显示模块;通过实验实现了传感器信号的标定和性能的测试;最后搭建压电泵闭环控制系统,并引入了模糊P ID控制算法进行精确体积试剂分配控制,通过试剂分配测试实验表明,当期望分配体积100μL时该系统试剂分配偏差小于0.1μL,具有较好的精度.     

移动机器人的避障模糊算法

超声波传感器是移动机器人避障常采用的传感器,但是存在缺点,如三角误差,多次反射.采用多个超声波传感器的模糊避障算法,通过此算法,降低干扰,用VB编写了仿真软件,对算法进行可行性的分析.结果表明,该模糊算法可以实现机器人的安全避障.     

仿生水下机器人运动控制方法研究

近年来仿生技术在水下机器人上的应用已经成为水下机器人的重要研究方向之一.仿生水下机器人采用尾鳍提供前进动力和改变航向,比传统的桨舵具有高效性和高机动性.根据仿生水下机器人水池试验结果讨论了其运动性能,并在此基础上提出了仿生水下机器人运动控制方法,最后通过仿真试验验证了该方法.根据试验结果得出,针对现阶段仿生水下机器人的运动能力,其控制内容和控制方法是合理、有效的.研究和试验表明,符合实际的仿真模型与可行的运动控制方法使仿生水下机器人运动性能得到了不断的完善和改进;最终实现"仿生-Ⅰ"号的纵向速度控制、艏向控制和深度控制,从而使其具有大范围的转移能力.     

仿生双尾推进的试验研究

针对单尾鳍摆动推进存在的机器鱼摇艏问题,理论分析了仿鱼尾鳍摆动过程中推力系数和侧向力系数的脉动情况,设计出仿生双尾推进器,并将其应用于小水线面双体船,开发出新型仿生双尾推进水上试验平台,同时,根据鱼类高效推进的机理,分析了仿生双尾推进器尾涡的相互影响.实验研究结果表明仿生双尾推进的尾鳍摆动频率和摆幅对推进性能影响较大,其中幅值的影响更加明显,月牙形尾鳍具有更高的推进效率.仿生双尾利用并发挥仿鱼推进的优点,具有良好的推进和操纵性能.     

基于平均理论的仿生机器鱼航行控制技术研究

基于近年来发展的平均理论,针对带有漂移项的够科形机器鱼设计了镇定反馈控制器.通过使用振荡控制输入和在整个振荡周期保持常值的误差信号构成反馈控制.仿真结果表明,所设计的控制器是可行的,使鲹科形机器鱼能够较好地完成任务.     

海龟水翼运动模型及仿生推进机构研究

针对海龟水翼运动的特点,进行了仿水翼推进系统的研究.基于水翼运动的抽象分析,建立了二自由度水翼运动模型,描述了水翼运动典型状态下的翼态特征.设计了仿生运动机构,分析了其运动学特性,为优化仿生推进机构的设计与控制提供了依据.基于PC104和DSP构建了仿生机构的控制系统,实现了运动控制器的模块化设计.搭建了单肢运动实验平台,从功能仿生角度实现了水翼运动,试验验证了仿水翼机构运动的可行性和控制系统的有效性,丰富了水下推进理论.     

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.     

基于Hopf振荡器的仿生机器魟鱼胸鳍波形控制算法

为了获得与生物魟鱼胸鳍相近的推进波形和游动性能,提出基于Hopf振荡器的仿生中枢模式发生器（CPG）胸鳍波形控制策略. 针对仿生机器魟鱼的结构与游动特征,利用20个Hopf振荡器耦合构建中心式CPG拓扑网络模型;通过输入参数幅值、频率和波数,控制该拓扑网络模型输出仿生机器魟鱼定常巡游、加速游动和机动转弯3种游动模式下胸鳍波形的动态位置信号. 通过仿真验证了该拓扑网络模型能够快速响应输入参数的变化,稳定输出平滑、连续的动态位置信号. 通过试验研究该拓扑网络模型控制仿生机器魟鱼胸鳍波动的可行性以及网络的输入参数对仿生机器魟鱼游动性能的影响. 试验结果表明,该模型能够稳定地输出耦合的波形信号,控制仿生机器魟鱼鳍面形成与生物鱼相似的推进波形,实现各游动模式以及各游动模式间灵活平滑地切换.     

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.     

模型预测控制下多移动机器人的跟踪与避障

提出了一种基于距离和速度的机器人之间的避障方法,通过与机器人避开障碍物的人工势场法相结合,建立一致性控制编队控制协议。首先,建立机器人之间的通信拓扑关系,以便机器人之间的信息交流。在编队控制层面上,设计具有避碰的编队控制律。然后,在编队跟踪层面上,运用模型预测控制方法,将编队误差运动问题按代价函数转化为最小优化问题。为了在线高效地求解该优化问题,运用了一种广义投影神经网络优化的方法,以便最优解作为控制输入。最后,对多移动机器人编队进行了仿真,验证了所提出策略的有效性。     

形状记忆合金驱动手指功能康复外骨骼设计

为了研制适应关节黏弹特性、轻便、可穿戴的手指功能康复装置,在分析手指关节、肌腱运动机理的基础上,设计形状记忆合金（SMA）丝驱动的手指功能康复装置. 建立该装置的运动学模型和SMA驱动模型,提出基于SMA丝电阻反馈的模糊神经网络PID控制方法,研制手指功能康复外骨骼样机,进行样机的运动性能和控制性能实验. 结果表明,仿生外骨骼实现了预期的手指被动康复运动,拇指、食指和中指的最大弯曲角度与人体手指的弯曲角度相近,分别为130.5°、236.4°、242.5°;仿生外骨骼能够辅助手指完成日常抓握动作;模糊神经网络PID相比于传统PID控制,有效缩短了仿生外骨骼的响应时间,手指的屈伸康复频率为6次/min.     

仿生机器鱼近壁面流场识别的人工侧线方法

针对仿生机器鱼目标近距离作业时的环境识别难题,提出一种基于人工侧线(ALL)的近壁面流场识别方法。理论分析了ALL感知近壁面流场环境的可行性,建立了ALL虚拟压力传感器阵列并采用计算流体动力学(CFD)方法计算并提取了不同参数条件下(来流速度v,靠壁距离d和游动频率f)仿生机器鱼的体表压力数据,建立了基于多层前馈神经网络的来流速度和靠壁距离预测回归模型,并对模型结构和数据特征进行了优化。结果表明:壁面效应将引起鱼体周围流场结构的非对称分布,鱼体头部和尾部的侧线传感器对流场参数的辨识度高,消除弱相关的特征对来流速度和靠壁距离预测指标的影响小且有利于降低预测模型的复杂度。研究结果能够为水下机器人环境识别的信息提取及处理提供理论方法。