仿生偏振导航光电测试系统的设计与实现

为了验证仿生偏振导航定向机理和进一步建立高精度偏振导航模型的需要,设计了探测天空偏振光方向信息的光电测试系统,能够测出载体当前方向和太阳子午线之间的夹角。分析了昆虫利用偏振光导航的机理,按照机理设计了相应的硬件系统;推导了偏振光传感器的响应模型,用偏振导航并发式模型对获取的数据进行了处理。实验结果表明了仿生偏振导航的可行性和光电测试系统设计的有效性,为偏振导航的深入研究奠定了基础。     

基于STM32的微位移检测系统设计

研制了一种基于STM32的微位移检测系统设计方案.通过抑制直流漂移的电路处理模块得到直流稳定的两路光电信号.根据两路光电信号的相位特点,采用STM32同步采样两路光电信号,并利用椭圆拟合、最小二乘法、相位解包裹法对采集的数据进行处理运算,计算出微位移.现场测试结果表明:该系统满足微位移测量要求.     

基于FPGA的光电信号转换系统的设计

随着现代网络传输媒介技术的发展,光纤逐渐成为传输媒介中的主体,在光纤媒介中所传输的信号为光信号,无法直接进行信号处理。针对现代以太网通信数据量大,要求信号转换速度快等特点,提出基于FPGA的光电信号转换系统的设计和实现,并对设计的系统进行测试,从测试结果中可以看出系统实现了光电信号的转换。     

仿生微纳导航系统的光电薄膜仿真分析

对用于仿生微纳导航系统的蓝紫光波段的光电薄膜进行了理论建模和特性分析。所建立的光电薄膜理论模型侧重于分析器件本身的结构和工艺参数对器件光电转换效率的影响,给出了光电薄膜不同结构参数和工艺参数与薄膜性能的关系,并利用VC++进行编程,分析计算简便。通过该模型对优化的薄膜结构的仿真计算,在AM1.0光谱条件下,光电流密度约为2 mA/cm2。算例说明了该模型的实用性和可靠性,该模型能够为仿生微纳导航系统中光电转换器件的设计和制作提供重要参考。     

一种嵌入式仿生测角传感器的设计与实现

模仿沙漠蚂蚁复眼的偏振敏感导航定位机理,设计了一种以光电二极管为光电转换元件、以ARM微处理器为控制处理核心的航向角度测量传感器.分析了仿生测角传感器的工作原理,设计了传感器的硬件结构与软件程序,构建了传感器原理样机.利用精密转台进行角度输出实验,结果表明:该传感器性能稳定,精度较高,能满足实际导航需求.     

棉纤维成熟度仪系统的应用研究

本文进行了基于偏振光的棉纤维成熟度仪系统开发研究.利用单片机具有集成度高,功能强,可靠性高,结构简单,应用灵活和价格低等特点,以偏振光成熟度检测原理为基础,运用单片机实现检测的自动化,智能化.通过光学电路将棉纤维成熟度以光电信号形式输出,A/D转换通道进行模数转换,完成对成熟度各个参数的计算,与标准值比较并输出相对偏差.相信随着技术的不断成熟和成本的不断降低,新的棉纤维成熟度检测仪将有着广阔的前景.     

基于集成光电探测器的仿生偏振光导航传感器

根据沙漠蚂蚁(Cataglyphis)导航机制设计了一个体积小、集成度高的偏振光导航传感器.传感器采用一个具有多方向偏振检测功能的集成光电探测器采集光信号,减小分立元件带来的安装误差.设计了以MSP430为核心的硬件电路来对电信号进行控制处理,采用分段导航算法计算导航角,提高传感器分辨率;设计了实时信息显示界面,便于实时对传感器进行监测.在室内对传感器进行了性能测试,对实验数据进行处理后得到的导航精度在±0.1°以内.实验证明:该传感器精度较高且性能稳定,有着良好的发展应用前景.     

基于光电探测器和FPGA的瞬变光辐射探测技术的应用研究

结合光电探测技术和空间对地探测瞬变光辐射技术,阐述瞬变光信号探测的应用系统研究.分析目标特性,提出了基于光电探测器和FPGA技术的瞬变光辐射探测系统设计方案.着重介绍了系统核心模块设计及其核心器件选择.完成软硬件设计、调试,以自研制模拟信号源为输入的测试结果表明,系统运行状态良好,设计方案可行.     

基于偏振光的棉纤维成熟度仪系统

开发基于偏振光的棉纤维成熟度仪系统。利用单片机的集成度高、功能强、可靠性高、结构简单、应用灵活和价格低等特点,以偏振光成熟度检测原理为基础,运用单片机实现检测的自动化、智能化。通过光学电路将棉纤维成熟度以光电信号形式输出,用A/D转换通道进行模数转换,完成对成熟度各个参数的计算,与标准值比较并输出相对偏差。     

仿生复眼光学偏振传感器及其大气偏振E矢量检测应用

大气光学偏振模式中包含了丰富的方向和位置信息,通过提起大气偏振模式信息可以实现一种全新概念的自主导航定位方式,E矢量是其偏振信息中最为关键和最为稳定的参数。本文仿照昆虫的导航偏振敏感机理,设计了一种仿生复眼光学偏振传感器;根据昆虫的POL-神经元的信号处理方式,推导出传感器输出信号数学处理方法;对传感器进行了测试实验并在不同天气下对大气偏振模式中E-矢量方向进行检测。通过对实际的大气偏振模式进行检测,实现了误差小于0.46752°的偏振E矢量检测,对大气E-矢量的检测表明仿生复眼光学偏振传感器能够实现对大气偏振模式的准确检测,为偏振光导航这一自主导航系统发展奠定了基础。     

仿生鳍条姿态测量及其误差分析

仿生鳍条是仿生机器鱼的核心运动机构,为提高其运动控制精度,针对其轻巧、微小的结构特点,设计了以质量轻、体积小、精度高的MEMS陀螺仪ADXRS290和ADXRS453为核心的仿生鳍条姿态测量系统,可实现仿生鳍条偏航角、俯仰角和滚转角的实时测量;针对仿生鳍条姿态测量中随机误差较大的特点,给出了一种以Allan方差为主的姿态测量误差算法,然后通过实验采集测量数据,定量分析了各运动姿态误差项;实验结果表明,角速率随机游走和零偏不稳定性是姿态测量的主要误差项,在后续误差处理中做针对性处理能提高姿态测量精度,对提高仿生鳍条运动效率有很大的意义。     

一种六足仿生巡检机器人的设计与实现

六足仿生机器人因其灵活度好、可靠性高、适应性强等特点而得到广泛应用;针对六足仿生巡检机器人,从结构设计、步态规划、系统仿真和实物构建等方面,探索一般意义上系统设计和实现方法;首先设计了六足仿生机器人的多关节机械结构,并给出了此类系统的量化建模方法;然后采用了重心随动的三角步态规划方法,对系统稳定性和典型步态规划进行了量化分析;在此基础上基于标准D-H参数法建立了机器人的运动学模型,并且通过仿真实现了六足机器人向前纵向行走和向右横向行走的直线平稳运动;最后通过六足仿生巡检机器人实物测试,验证了所设计的结构和步态规划方法的可行性和有效性。     

基于仿脊髓网络的咽颌模式仿生胸鳍协调控制

根据所研制的咽颌模式仿生胸鳍的结构和驱动特点以及操纵运动的特征,构建了咽颌模式仿生胸鳍的仿脊髓控制网络.首先,根据咽颌模式推进时左右胸鳍的协调运动特点,构建左右仿生胸鳍仿脊髓控制网络之间的拓扑连接关系,实现左右仿生胸鳍的协调控制.然后,利用Matlab对仿脊髓控制网络在咽颌模式仿生胸鳍推进运动形态产生和左右胸鳍协调控制方面的性能进行仿真分析,并对比仿真结果与观测结果,发现两者非常吻合,从而证明了所构建的咽颌模式仿生胸鳍的结构和驱动方式及其仿脊髓控制网络是合理的,能够反映硬骨鱼胸鳍的操控机理,并且左右胸鳍的协调控制也具有较好的仿生性能.这些研究为高性能咽颌模式推进系统的研制、咽颌模式推进机理和神经肌肉控制机理等方面的研究提供了基础.     

基于AOCA仿生学习模型的两轮机器人自主平衡学习研究

以两轮机器人的自主平衡学习控制为研究对象,针对传统控制方法无法实现机器人类似人或动物的渐进学习过程,依据斯金纳的操作条件反射理论建立了一种自治操作条件反射自动机（Autonomous operant conditioning automaton,AOCA）模型,设计一种基于AOCA的仿生学习算法,并进行机器人姿态平衡学习实验仿真研究. 实验结果表明,基于AOCA的仿生学习方法能有效地实现机器人的自主平衡学习控制,机器人系统的平衡能力在学习控制过程中自组织地渐进形成,并得以发展和完善.     

一种仿生偏振罗盘信号处理方法的研究

太阳光在大气层传输的过程中,由于大气散射作用就形成了包含重要导航信息的大气偏振模式,很多昆虫能够利用大气偏振模式来获取罗盘方向.根据昆虫检测天空偏振光和译码偏振信息的生物机理,研究了一种模拟昆虫偏振敏感神经元的网络模型.该网络模型采用简单的数学运算,对仿生偏振罗盘检测的偏振信息进行处理.仿真结果表明:该信号处理方法能够...     

偏振光栅导航传感器电子系统设计

偏振光栅导航传感器的电子系统采用了适应图像处理的软硬件体系结构,使其能够实时处理全天域偏振信息,具有更高的分辨率和精度。为了验证这种新体系结构的可行性,并且提供研究图像提取航向信息算法的平台,在阐述偏振光栅导航传感器工作原理的基础上提出其电子系统的设计方案。此电子系统是在现场可编程门阵列(FPGA)上构建的可编程片上系统(SOPC),通过Cameralink协议获取前级偏振检测图像数据,经过硬件化的算法模块和Nios II处理器计算出航向方位,并将结果通过串行通信协议发送上位机。测试显示:此电子系统能够实现偏振图像采集和处理,输出数据更新率高达20 Hz,计算结果精度优于±0.01°,便于图像提取航向信息算法的硬件化验证。     

偏振光辅助定姿在基于光流自主导航中的应用

根据大气偏振光分布特点和偏振光导航原理搭建三通道测量平台对偏振光信息进行采集,通过视觉图像特征的空间梯度瞬时变化率计算飞行器周围环境的稀疏光流场.结合大气偏振光与运动环境光流信息构造基于 GPS/惯导/偏振光/光流组合导航系统.分别对高度、姿态角和速度误差进行估计并进行算法仿真,结果表明:该方法具有较高精确度,对未来无...     

The knee joint design and control of above-knee intelligent bionic leg based on magneto-rheological damper

The above-knee intelligent bionic leg is very helpful to amputees in the area of rehabilitation medicine. This paper first introduces the functional demand of the above-knee prosthesis design. Then, the advantages of the four-bar link mechanism and the magneto-rheological (MR) damper are analyzed in detail. The fixed position of the MR damper is optimized and a virtual prototype of knee joint is given. In the end, the system model of kinematics, dynamics, and controller are given and a control experiment is performed. The control experiment indicates that the intelligent bionic leg with multi-axis knee is able to realize gait tracking of the amputee's healthy leg based on semi-active control of the MR damper.     

基于FBFN 的鲁棒仿生学习系统设计及在运动平衡控制中的应用

针对两轮直立式机器人的运动平衡控制问题,结合OCPA 仿生学习系统,基于模糊基函数,设计了一 种鲁棒仿生学习控制方案．它不需要动力学系统的先验知识,也不需要离线的学习阶段．鲁棒仿生学习控制器主要 包括仿生学习单元、增益控制单元和鲁棒自适应单元3 部分．仿生学习单元由模糊基函数网络（FBFN）实现,FBFN 不仅执行操作行为产生功能,逼近动力学系统的非线性部分,同时也执行操作行为评价功能,并利用性能测量机制 提供的误差测量信号,产生取向值信息,对操作行为产生网络进行调整．增益控制单元的作用是确保系统的稳定性 和性能,鲁棒自适应单元的作用是消除FBFN 的逼近误差及外部干扰．此外,由于FBFN 的参数是基于李亚普诺夫 稳定性理论在线调整的,因此进一步确保了系统的稳定性和学习的快速性．理论上证明了鲁棒仿生学习控制器的稳 定性,仿真实验结果验证了其可行性和有效性．