微小气动机器人的移动控制

根据仿生尺蠖运动机理研制了一种用于人体腔道微创诊查的气动微机器人系统。该机器人系统由前支撑单元、后支撑单元和具有3个气室的橡胶驱动器三部分组成。设计了控制机器人移动的计算机电-气控制系统,通过控制该电-气系统的继电器和高速开关电磁阀来控制机器人系统的钳位气囊和驱动器气室内的气压。通过分析一个运动周期内机器人的运动状态,给出了机器人移动的控制算法,使机器人前、后支撑单元的气囊和驱动器的气室实现有规律的充气、保持及放气3种状态,从而实现有规律的运动。研究结果表明所设计的机器人具有仿生尺蠖移动机理的柔性结构,通过所设计的电-气控制系统可实现机器人的自动移动。     

基于动态目标点的行为分解编队算法

多机器人编队可以分解为队形形成和队形保持控制两部分.针对多机器人编队控制任务中的队形形成问题,提出了一种基于动态目标点的行为分解编队算法.此算法是一种改进的基于行为的编队控制方法,这种控制方法的思路为,首先要求各机器人在每一时刻确定一个运动目标点,此运动目标点是根据运动过程中机器人实时的位置运算出来的,是一个动态的目标点.根据此目标点进而产生一个运动需求.再将此运动需求按照有限状态机(FSM)原理分解为不同的子行为,然后给这些子行为分别赋予不同的权值,并求出一组控制变量,最终对这组控制变量加权平均产生一个综合控制变量.仿真实验表明,该方法能快速有效地实现多机器人的编队控制.此编队算法可以有效应用于军事搜索、围捕或机器搬运等多个领域.     

基于状态机的巡线机器人控制系统设计

通过对巡线机器人运动控制系统的分析,提出采用有限状态机实现运动控制系统中的运动保护及机构定位系统的方法.结合巡线机器人运动控制的特殊需求,通过对运动控制系统的时序分析,设计了运动保护及定位系统的状态机.并在可编程器件上实现了巡线机器人运动控制器,从而给出了基于可编程器件设计控制系统的一种方法.     

一种输电线路巡检机器人越障规划方法

针对输电线路巡检机器人的局部自主与远程控制方式,提出了一种基于有限状态机的越障规划方法.将巡检机器人的越障运动过程分解成若干离散化的关键状态,建立了运动规划的有限状态机模型.采用一种基于模糊方法的产生式系统用于推理越障模式,并产生运动序列.仿真与现场实验验证了越障规划方法的正确性和有效性,该方法可应用于输电线路巡检机器人运动控制.     

一个多机器人制造系统的设计与实现

本文构建了一个包含多个机器人和自动化物流单元的柔性制造系统，其中机器人部分包括一个自动导引小车和两台装配机器人，物流单元部分包括一个小型立体仓库和一条自动传输线．系统采用递阶分散式的体系结构，每个作业单元均有独立的控制器，并通过串行接口实现与主控计算机的实时通讯．在对系统作业任务进行有限状态机建模的基础上，采用基于事件的控制思想实现了多个作业单元的协调控制，提高了系统的柔性和鲁棒性，实验结果也证明了系统设计的有效性．     

基于FPGA的自主移动机器人运动控制设计

本文提出了一种基于FPGA控制机器人运动的方法,通过利用VHDL有限状态机的思想设计了自主移动机器人的逃离行为IP核,文中详细介绍了状态机的设计过程,并经过仿真验证控制模块的正确性.     

基于虚拟模型的四足机器人对角小跑步态控制方法

为提高四足机器人对角小跑运动的稳定性,实现机器人躯干6维运动方向控制的解耦,提出了一种基于虚拟模型的对角小跑步态控制方法.控制器主要包括支撑相虚拟模型控制和摆动相虚拟模型控制.在支撑相,建立了作用于躯干质心的虚拟力与对角支撑腿关节扭矩之间的数学关系,通过调整躯干虚拟力的大小控制躯干的高度与姿态,控制机器人前进速度和自转角速度.在摆动相,将机器人侧向速度控制引入到足端轨迹规划中,并通过虚拟的"弹簧-阻尼"元件驱动摆动足沿给定轨迹运动.此外,在控制器设计过程中,引入了状态机,用于监控机器人各腿的状态,并输出对角小跑步态相位切换指令.仿真实验结果表明,机器人能够以对角小跑步态在平地上进行全方位移动,跨越不平坦地形,并能够抵抗外部冲击,证明了文中控制方法的有效性和鲁棒性.     

有限状态机在模拟演练系统中的应用

在研究了有限状态机的基本原理和在游戏开发中的应用, 并结合应急模拟演练系统的实际需求, 通过在Delta3D引擎中实现一个有限状态机控制器组件解决系统角色状态控制的问题. 首先介绍了有限状态机的基本原理和Delta3D引擎架构的特点, 设计了一个有限状态机的例子并详细介绍了有限状态机控制器组件的总体结构、基本功能和具体实现方式.     

用于呼吸道直接监测的柔性微机器人系统

根据人体呼吸系统的结构及生理特性，基于蠕动运动原理设计了适于人体气管及左右主支气管内自由移动的微机器人系统．该机器人系统采用三自由度空气压橡胶驱动器驱动的柔性移动机构．介绍了机器人机体的构造和运动原理，建立了机器人系统驱动力学模型并做了相应分析．在猪气管中进行了初步实验，在机械通气情况下监测了气管末端的压力和温度参数．初步的研究结果表明，该柔性驱动机器人系统可用于直接动态监测机械通气过程中的呼吸参数．     

QR码导航的室内目标搜寻机器人研究

针对室内的目标搜寻问题, 开发研制了一套使用Android手机作为主要处理设备、可远程操控和使用语音控制的机器人系统。介绍了该系统的结构组成, 提出了一套基于人工路标的导航方案。该方案应用QR码作为人工路标引导机器人运动到指定区域, 然后识别出目标位置, 最后通过判断目标区域面积是否达到阈值的方法停在目标附近位置, 基于有限状态机实现机器人的模式切换。对目标检测和人工路标识别分别进行了实验, 结果验证了该方案的有效性和实用性。     

微小气动机器人系统的模糊自适应PID控制

基于尺蠖的移动机理,研制了一种具有柔性移动机构的微小气动机器人内窥镜诊疗系统。描述了微机器人系统的本体结构和运动机理,并通过分析机器人系统的驱动力学特性和机器人的移动控制特性,给出了基于模糊自适应PID的气压-位置伺服控制方法,计算机仿真实验结果表明基于模糊自适应PID算法可实现机器人系统的有效控制。     

双臂搬运机器人反应式导航控制系统设计

为增强双臂搬运机器人在作业任务过程中的行进避障能力,使其运动行为得到连续有效控制,设计双臂搬运机器人的反应式导航控制系统。根据单片机与电机电路的连接形式,选择合适的ARM微处理器元件与PIC单片机结构,再联合HN-9移动平台、智能导航平台、ROS操作平台,完善反应式导航子模块的运行能力,实现控制系统的硬件单元设计。求取绝对位姿向量、相对位姿向量的计算结果,以此作为自变量系数,确定速度雅可比指标,并推断得出动力学递推表达式,完成对双臂搬运机器人的协调控制,联合相关硬件应用结构,实现双臂搬运机器人反应式导航控制系统的设计。对比实验结果：反应式导航控制系统可使机器人准确躲避行进障碍物,且躲避过程中机器人完成作业任务的能力不会受到影响,符合连续有效控制机器人搬运行为的实际应用需求。     

基于双计算机的仿人机器人的视觉跟踪系统

运动目标的实时跟踪是机器人视觉的关键技术之一。设计了仿人机器人的视觉跟踪系统,系统采用双计算机,分别负责视觉信息的处理和运动单元的控制,两台计算机通过Memolink进行通讯。基于Windows的视觉信息处理子系统实现运动目标的分割,状态估计和预测。运动控制子系统采用RTlinux实时操作系统,利用PD控制器控制关节运动。实验验证了系统的稳定性和实时性。     

智能移动机器人跟踪系统应用研究与设计

针对移动机器人检测与跟踪系统的世界模型,从智能控制与模式识别方法和传统控制理论相结合的思想出发,提出一种多层次、多阶段的智能控制模型结构。此结构仿人思维模式把复杂任务系统分解为感知、执行、决策三个层次,解决了复杂任务中不易建模的问题;跟踪过程采用Kalman预报器对运动目标状态进行一步预测估计和两步增量式跟踪算法,可快速平滑地实现移动机器人对运动目标的跟踪驱动控制。给出了该结构模型的移动机器人视觉检测识别和跟踪控制系统在汽车桩考中的实际应用。     

机器人控制系统

目前,移动机器人具有很大的开发空间。无线控制成为移动机器人必不可少的控制方式。机器人的机械结构决定了移动机器人的功能,由此来确定合适的驱动系统。再利用强抗干扰能力的无线收发一体传输MODEM模块PTR2000芯片,通过单片机对机器人关节步进电机和驱动电机进行控制,实现了数据的无线传输,来控制机器入的运作。     

Developing a vision-based auto-recharging system for mobile robots

This article describes a vision-based auto-recharging system that guides a mobile robot moving toward a docking station. The system contains a docking station and a mobile robot. The docking station contains a docking structure, a control device, a charger, a safety detection device, and a wireless RF interface. The mobile robot contains a power detection module (voltage and current), an auto-switch, a wireless RF interface, a controller, and a camera. The controller of the power detection module is a Holtek chip. The docking structure is designed with one active degree of freedom and two passive degrees of freedom. For image processing, the mobile robot uses a webcam to capture a real-time image. The image signal is transmitted to the controller of the mobile robot via a USB interface. We use an Otsu algorithm to calculate the distance and orientation of the docking station from the mobile robot. In the experiment, the proposed algorithm guided the mobile robot to the docking station.     

基于Netvlad神经网络的变磁力吸附爬壁机器人控制系统设计

变磁力吸附爬壁机器人是一种具有快速、灵活移动方式的爬行机器人,但其吸附力难以控制,越障稳定性较差,难以保证机器人的平稳爬行。为实现爬壁机器人在大型建筑结构外表面的自主避障,提升机器人与运动平面之间的吸附紧密性,设计基于Netvlad神经网络的变磁力吸附爬壁机器人控制系统。按照PCB控制要求,连接外置SRAM设备与传感器模块,借助驱动I/O口电路提供的电力驱动作用,控制气动阀门的闭合情况,完成变磁力吸附爬壁机器人控制系统硬件结构设计。建立Netvlad神经网络体系,通过划分控制指令程序任务的方式,确定移植参数取值范围,实现对控制协议的移植处理,联合相关硬件应用结构,完成基于Netvlad神经网络的变磁力吸附爬壁机器人控制系统设计。实验结果表明,在所设计系统作用下,障碍物所在位置与爬壁机器人所在位置之间的实测距离未大于30cm,能够有效实现自主避障,保证机器人与运动平面之间的紧密吸附。     

基于DSP技术的爬壁机器人吸附控制系统设计

壁面吸附是爬壁机器人的基本功能之一,其吸附程度直接影响爬壁机器人的稳定性和移动速度。为此,设计了基于DSP技术的爬壁机器人吸附控制系统。选择爬壁机器人传感器装置,加设DSP数字信号处理器,设计爬壁机器人吸附控制器。在硬件结构的支持下,根据爬壁机器人的组成结构和工作原理,构建相应的数学模型。在该模型下,利用DSP技术计算爬壁机器人吸附力。通过爬壁机器人在壁面环境下的受力分析结果,确定爬壁机器人安全吸附条件。以吸附控制器作为执行机构,实现爬壁机器人的吸附控制。选择负压爬壁机器人作为测试样机,通过系统测试表明,在瓷砖、木板、玻璃三种壁面环境下,与两个对比系统相比,应用此次设计系统得出爬壁机器人吸附力的控制误差降低了2.04N,倾覆风险系数降低了0.29,具有较好的吸附控制效果。     

气动蠕动式缆索维护机器人的研制

本文研制了一种用于斜拉桥缆索的检测、清洗和涂装等维护作业的气动蠕动式缆索机器人 ．该机器人分上体和下体两部分,由气缸实现移动、夹紧和导向功能．其能用于大直径范围 的缆索,牵引力大,安全可靠．