基于Blob算法的机械手视觉系统

1引言 机器视觉是研究计算机模拟生物宏观视觉功能的科学和技术，即用摄像机和计算机等机器代替人眼对目标进行测量、跟踪和识别，并加以判断。主要应用于如工业检测、工业探伤、精密控制、自动生产流水线、邮政自动化、粮食优选、显微医学操作，以及各种危险场合工作的机器人等。随着高新技术在机器人研究中的深入应用，智能机器人逐渐成为机器人研究领域的主流，其中智能机器人的视觉系统是一个重要的组成部分，对它的研究也越来越多。本文中的系统主要是利用VC智能摄像机进行图像采集，并对采集到的图像进行处理，确定目标物的位置，并将此信息传递给PLC，由其控制机械手准确地抓取该目标物。     

用于生物与医学工程中的微驱动机器人系统

本文对一种特种机器人—用于生物与医学工程显微操作的微驱动机器人系统作了简要的说明,对生物医学工程中的两种基本显微操作:显微注射和显微切割的动作要求,以及用微驱动机器人系统完成这些操作的可能性,微驱动系统的基本结构做了说明。最后本文提出了在研制工作中遇到的问题。     

基于无标定显微视觉伺服的零件微装配

为完成微小零件的装配操作,获得高效的微装配性能和避免复杂的摄像机标定工作,提出了基于BROYDEN方法的图像雅可比矩阵在线辨识模型．为了实现在线辨识快速收敛的目的,应用切比雪夫多项式构成了待辨识的图像雅可比矩阵的成本函数来逼近最优值．采用辨识的图像雅可比矩阵,设计了PD控制器,该控制器满足了系统的快速性和平滑性控制要求．在显微视觉环境下,完成了不同倍率物镜下微操作机械手自动定位与夹取三维微小零件的视觉伺服任务．实验结果表明,所提方法具有较好的鲁棒性和满意的执行效果,达到了系统应用要求．     

一种实时图像跟踪处理系统实现技术研究

实时图像跟踪处理能力是嵌入式系统中影响系统性能的核心因素。提出一种小型化低功耗的实时图像跟踪处理系统的设计方法,利用FPGA硬件化并行化处理的特性完成外部红外及白光相机图像采集控制及滤波预处理,利用DM648处理器实现了一种基于概率密度统计的目标跟踪算法实现对指定目标的持续跟踪,使用RS422串行总线接收主控端发送的控制指令并实时发送检测出的目标位置信息。系统采用多功能子模块叠层的架构保证系统具有较小的体积,并实现了50 f/s的图像处理速度,保证了图像跟踪的实时性。     

一种基于多视角图像的目标物体定位方法

在遥操作机械臂时,为了能有一个更加友好的人机交互界面,往往需要在控制界面中构建一个虚拟的机械臂以及机械臂工作空间,所以,在虚拟工作空间中标示出目标物体与虚拟机械臂的相对位置,给操作人员一个直观的提示,是虚拟工作空间重构的关键问题.针对机械臂遥操作,提出了一种基于不同视角图像的快速高效的定位方法,该方法根据目标物体在多个不同视角图像中的位置,计算出目标物体在实际工作空间中的位置,从而在虚拟机械臂工作空间中标示出目标物体与虚拟机械臂的相对位置.最后,构建了机械臂遥操作实物系统,验证了该方法的正确性.     

用于显微手术操作的机器人系统的体系结构分析

分析了两种主要的显微手术特性．然后，针对显微手术操作对机器人的需求，对用于显微手术操作的机器人系统的结构组成、工作方式和控制系统设计作了分析．通过分析一些研究实例，总结出设计显微手术机器人的规律性结果．     

具有虚拟力觉导引功能的机器人网络遥操作系统

为实现机器人网络遥操作系统中从端机器人和被抓取目标接触前的力觉感知效果,提出了具有虚拟力 觉导引功能的机器人网络遥操作系统控制方法．利用单目视觉技术获得末端执行器相对于被抓取目标的位姿信息, 并将此信息转换为操作者相对敏感的力反馈信息,引导操作者为远端机器人系统提供合适的控制命令,控制机器人 达到期望的位姿．利用手腕相机和人工目标搭建了演示实验系统,并分别进行了机器人位置和姿态遥操作控制实 验．实验结果表明,机器人遥操作系统的可操作性和操作效率有了明显提高．     

双光谱在赤潮生物自动识别系统中的应用

为克服人工识别赤潮生物的困难，利用赤潮生物在一定的激发光下可以产生荧光的特性，采用基于赤潮生物的双光谱技术，研制了赤潮生物自动识别系统．该系统可以自动完成对赤潮生物图像的预处理、图像分割、特征提取、特征选择，并建立赤潮生物特征信息数据库，从而最终实现对赤潮生物识别分类．在分类过程中选用了BP神经网络分类器，与人工识别相比，识别的准确率接近90％．     

基于FPGA的视频采集及实时显示系统设计

针对现有的目标识别及跟踪系统项目,为了便于其调试以及后期对目标的位置信息进行监控,对图像采集及实时显示方面进行了研究,设计了基于FPGA的视频采集及显示系统,首先进行硬件选型并搭建硬件平台,对各模块进行分析,编写驱动程序,设计SDRAM控制器,改进了现有的乒乓操作,并使用FIFO完成跨时钟数据的交互,保证了数据流的连续性。实验结果表明使用该乒乓操作后,消除了两帧图像切换时由于时钟不同步带来的图像交错,能够稳定的完成视频采集及实时显示的功能。实践表明该系统能够满足采集存储的速度,达到实时采集并显示的目的,具有运行稳定、可扩展性好等特点。     

基于显微图像散焦特征的微操作机器人深度信息提取

提出了一种单目显微视觉下微操作机器人深度信息的快速提取方法，通过计算微操作空间中 X-Y平面的散焦图像特征，表征图像清晰程度，从而获得机械手在Z方向的深度信息．实验 特征曲线证明方法简洁快速，有效的反映了微操作深度信息的变化和机械手在纵向的运动特 性．     

伺服加载的一种新反馈控制方法

电液伺服加载广泛用于航空工业中模拟飞行器的气动力.对于运动加载进行了大量的研究,但在实践中,还不能有效地解决多余力问题,因为舵机系统在加载系统的输出加入了强干扰.与一般从外部引入信号消除多余力方法不同,提出一种通过内部反馈减少多余力的新控制方法,可测量的内部反馈信号补偿伺服阀的流量变化,从而消除了加载系统跟踪的滞后,反馈以后,强耦合效应已不是主要的问题,舵机运动的速度干扰多余力消除了.通过模型仿真进行了验证.文章结论:运动加载中,内部反馈能够消除多余力,具有一般的适用性,工程实现上,反馈函数简单,反馈信号可以在实际中测量到.     

生物软组织力反馈触觉建模测试系统研制

设计了一种结构新颖的用于生物软组织力反馈触觉建模的测试系统。阐述了系统结构与工作原理,介绍了系统的机械设计、硬件电路和系统软件。系统采用计算机测量并控制带有力和位置传感器的单自由度机械手,通过插针实验与动物软组织交互得到软组织的力反馈触觉模型。以猪肝为标本进行实验,实验结果和现有的理论模型较为符合,该系统可以用于软组织触觉建模实验研究。     

基于观测器的伺服系统反馈线性化控制

基于重载且负载大范围变化的伺服系统提出高精度数学模型,建立扩展卡尔曼观测器对速度和模型中参数进行观测,使用基于模型的反馈线性化方法准确地将模型线性化,并使用线性控制方法设计高精度控制器。该策略的应用不但避免了传感器的测量时带来的误差,同时,在参数准确的条件下能够得到更高的控制精度。仿真实验结果表明:运用所设计的基于扩展卡尔曼观测器的反馈线性化控制策略不仅能够准确地对速度状态和参数进行观测,同时系统在跟踪性能方面也取得了较好的结果。     

A self-organized model for the control,planning and learning of nonlinear multi-dimensional systems using a sensory feedback

A new approach is presented to deal with the problem of modelling and simulating the control mechanisms underlying planned-arm-movements. We adopt a synergetic view in which we assume that the movement patterns are not explicitly programmed but rather are emergent properties of a dynamic system constrained by physical laws in space and time. The model automatically translates a high-level command specification into a complete movement trajectory. This is an inverse problem, since the dynamic variables controlling the current state of the system have to be calculated from movement outcomes such as the position of the arm endpoint. The proposed method is based on an optimization strategy: the dynamic system evolves towards a stable equilibrium position according to the minimization of a potential function. This system, which could well be described as a feedback control loop, obeys a set of non-linear differential equations. The gradient descent provides a solution to the problem which proves to be both numerically stable and computationally efficient. Moreover, the addition into the control loop of elements whose structure and parameters have a pertinent biological meaning allows for the synthesis of gestural signals whose global patterns keep the main invariants of human gestures. The model can be exploited to handle more complex gestures involving planning strategies of movement. Finally, the extension of the approach to the learning and control of non-linear biological systems is discussed.     

基于改进ADRC的PMSM无位置传感器转速控制

永磁同步电机(PMSM)是一个非线性、多变量、强耦合系统,具有不确定的外部干扰。为了提高对其转速控制精度,采用改进自抗扰控制代替传统自抗扰控制(ADRC)。通过插值法构建一个新的函数来代替ADRC中原有的最优控制函数,并用线性误差反馈控制率代替非线性误差反馈控制率(NLSEF)以此来降低调参难度。同时建立基于脉振高频注入法和滑模观测器法的位置辨识系统,以满足PMSM转子位置的辨识精度要求。仿真结果表明,改进ADRC能够在无位置传感器控制方法中取得较好的控制效果,转子位置估计的误差小于0.002rad,转速估计误差小于0.02rad/min,转速超调量小于4%,最大振荡不超过60rad/min,与传统ADRC控制器相比系统抗扰动性更强,电机位置和速度辨识效果也更优。 关键词：自抗扰控制;无位置传感器;永磁同步电机     

Dynamics and Noncollocated Model‐Free Position Control for a Space Robot with Multi‐Link Flexible Manipulators

In this paper, both the dynamics and noncollocated model‐free position control (NMPC) for a space robot with multi‐link flexible manipulators are developed. Using assumed modes approach to describe the flexible deformation, the dynamic model of the flexible space robotic system is derived with Lagrangian method to represent the system dynamic behaviors. Based on Lyapunov's direct method, the robust model‐free position control with noncollocated feedback is designed for position regulation of the space robot and vibration suppression of the flexible manipulators. The closed‐loop stability of the space robotic system can be guaranteed and the guideline of choosing noncollocated feedback is analyzed. The proposed control is easily implementable for flexible space robot with both uncertain complicated dynamic model and unknown system parameters, and all the control signals can be measured by sensors directly or obtained by a backward difference algorithm. Numerical simulations on a two‐link flexible space robot are provided to demonstrate the effectiveness of the proposed control.     

不确定NCS动态输出反馈鲁棒H}保性能容错控制

针对存在时延和丢包的网络化控制系统,同时考虑到参数不确定性和有限能量外部扰动的影响,采用动态输出反馈控制策略,研究了执行器发生失效故障时系统的鲁棒H∞保性能容错控制问题。通过构造一种包含三重积分项的Lyapunov-Krasovskii泛函,推证出了闭环系统对执行器失效故障具有鲁棒H∞保性能的时滞和时滞变化率相关的充分条件,并以求解LMIs的方式给出了控制器的设计方法。最后以一个仿真算例验证了所述方法的可行性和有效性。由于推证中未进行模型转换,时延分段处理的同时充分运用了各种时延信息,因此在减少结论保守性的前提下使容错满意度得以提高。     

状态反馈精确线性化在电液伺服位置控制系统中的应用研究

电液伺服系统是一种非线性系统。本文对采用状态反馈精确线性化方法来控制电液伺服系统的可行性进行了分析,根据该电液伺服位置控制系统的组成和工作原理建立了数学模型,并基于状态反馈精确线性化理论结合最优控制原理进行了系统设计与仿真。仿真结果表明,采用状态反馈精确线性化方法和最优控制理论,可使该电液伺服位置系统具有较好的位移跟踪线性度和较高的稳态精度。     

基于自适应模糊控制器和非线性扰动观测器的永磁直线同步电机反馈线性化控制

由于永磁直线同步电机(PMLSM)伺服系统应用于一些高精密场合,因此克服系统存在的负载扰动、参数变化等不确定性影响是提高系统性能的关键.针对不确定性问题,采用一种基于自适应模糊控制器(AFC)和非线性扰动观测器(NDO)的反馈线性化控制方法.首先设计反馈线性化控制器(FLC)实现系统的线性化,便于位置跟踪;其次采用NDO估计并补偿系统的不确定性,提高跟踪精度.但在实际运行过程中观测器增益较难选取,极易产生较大的观测误差,为此,采用AFC方法逼近NDO的观测误差,通过自适应律动态调整模糊规则,改善模糊控制器的学习能力,增强系统的鲁棒性,并用李雅普诺夫定理保证系统闭环稳定性.实验结果表明,与基于DOB和NDO的反馈线性化位置控制相比,该方法能够明显提高系统的跟踪性和鲁棒性.     

基于模糊PID控制的人工腿位置伺服系统设计与仿真

智能人工腿是机器人学和生物医学领域一个备受关注的研究课题,以前研制的智能人工腿,其汽缸内针阀开度的控制都是采用步进电机所构成的开环系统,位置精度不高,在本文中,我们将设计一个具有位置的速度反馈的闭环控制系统并引入基于Fuzzy推理的整顿PID控制策略,以提高控制系统的智能性,鲁棒性,快速性和准确性。本文首先概述了智能人工腿的控制原理和TMS320F240数字信号处理器（DSP）的主要特点,其次设计了一种基于Fuzzy-PID的直流电机位置伺服控制系统的结构,最后对该位置伺服系统进行了计算机仿真,结果表明,本文所提出的设计方法是正确的,可行的,可以有效地用于智能人工腿的行走控制。