基于P89C51RD2实现的机器人小车速度控制

机器人小车在有限的空间内融合了移动机器人、无线通讯技术、微电机控制以及多传感器数据融合和智能协调控制等技术.硬件设计基于增强型单片机P89C51RD2,采用光电码盘原理实现机器人小车速度检测,并充分利用P89C51RD2的可编程计数器阵列（PCA）特殊定时器,通过将其模块编程为PWM脉宽调制模式实现电机驱动,采用应用于工业生产过程控制的智能调节器的定值控制算法,实现机器人小车速度闭环调节.     

红外反射式传感器在自主式寻迹小车导航中的应用

本文介绍了利用红外反射式传感器实现小车自动寻迹导航的设计与实现。自动寻迹是基于自动导引小车(AGV—auto guidedvehicle)机器人系统 ,用以实现小车自动识别路线 ,判断并自动规避障碍 ,以及选择正确的路线。实验中采用与地面颜色有较大差别的线条作引导 ,使用反射式红外传感器感知导引线和判断障碍物。系统控制核心采用AT89C2 0 5 1单片机 ,系统驱动采用控制方式为单向PWM的直流电机。该技术可以应用于无人驾驶机动车 ,无人工厂、仓库、服务机器人等领域。     

关于小车机器人直线行走的控制分析

分析机器人的直线行走功能，建立物理模型，运用数学原理进行计算，得出小车机器人运动状态和左右轮速度的关系。进而分析小车机器人的直线控制方法，在传统命令的控制效果上，采用光电编码盘对左右轮转速采样，并以PWM方式输出，通过闭环控制的PID算法，实现对机器人行走速度的及时调整。     

一个多智能体机器人协作装配系统

介绍了一个基于多智能体概念实现的多机器人协作装配系统——ＭＲＣＡＳ（Ｍｕｌｔｉ－ＲｏｂｏｔＣｏｏｐｅｒａｔｉｖｅＡｓｓｍｂｌｙＳｙｓｔｅｍ）。该系统由组织级计算机、三台工业机器人和一台全方位移动小车（ＯＤＶ）组成，采用分层递阶体系结构。利用ＭＲＣＡＳ系统进行了多机器人协作装配的实验：在ＯＤＶ装配平台上，四台机器人合作装配一个大型桁架式工件。该工件具有多种装配构型，但任何一台机器人不能独立完成装配。     

基于多传感器信息融合的机器人障碍物检测

针对单一传感器在机器人避障过程中不能全面且准确定位障碍物的缺点,提出基于多传感器信息融合的障碍物检测方法。第一阶段使用视觉传感器检测未知环境中的障碍物,通过Zernike矩边缘检测方法提取障碍物图像边缘,然后采用Hough变换原理提取障碍物的直线特征,获得障碍物大概位置;第二阶段使用超声波传感器和红外传感器对障碍物进行检测,获得障碍物准确位置;最后使用联合卡尔曼滤波对3种传感器获得的信息进行融合,得出融合后的障碍物位置信息。实验结果表明:该方法克服视觉传感器、超声波传感器和红外传感器的局限性,可以精确感知机器人周围的未知环境信息,并能够检测和定位机器人路径上的障碍物,定位误差6 cm,满足机器人避障的实时性和可靠性需求。     

基于UKF的室内移动机器人定位技术研究

为提高室内轮式机器人定位精度,采用多传感器信息融合的机器人自主定位方法,根据室内轮式移动机器人的运动模型,建立了定位系统的状态方程;基于传感器的工作原理和数学模型,建立了各自的观测方程。鉴于二者的非线性,利用无味卡尔曼滤波算法对传感器信息进行融合。实验中开发了基于FPGA的主控平台,降低了数据处理系统的冗余度,提高了系统的稳定性。另外,设计了多传感器并行采集与快速处理的算法,提高了传感器信息融合的实时性和有效性。通过进行的机器人行走实验,结果表明该算法明显减小了定位误差,有效地提高了定位精度。     

基于扩展卡尔曼滤波的轮式移动机器人定位技术

针对单一传感器或现有多传感系统在信息传递提取上的不足,应用一种信息融合方法,对机器人进行相对定位与绝对定位的融合分析,得出机器人的最优位置信息,最终实现了移动机器人的精确定位。首先,采用码盘、陀螺仪进行机器人相对定位,采用激光雷达进行机器人绝对定位;其次,建立环境地图、传感器及机器人运动模型;最后,以扩展卡尔曼滤波作为多传感器融合技术,建立多传感器信息融合模型,实现精确定位。     

基于AT89S52单片机的智能小车系统设计制作

智能小车是移动式机器人的重要组成部分,介绍一种基于AT89S52单片机的智能小车。通过不断检测各个模块传感器的输入信号,根据内置的程序分别控制小车左右两个直流电机运转,实现小车自动识别路线,寻找光源,判断并避开障碍物,检测道路上的铁片、发出声光信息并计数显示,智能停车等功能。具有结构简单、电机控制快速准确、行走稳定、智能化高等优点,为移动式机器人的设计制作提供参考。     

近程光电视觉传感器感知物体空间信息的研究

本文论述了二种新型光电近程视觉传感器的工作原理、计算方法和系统构成。一种是由多个点光源和位置敏感器(PSD)构成的传感器,文中从误差分析、统计运算的角度出发推导出确定被测对象空间信息的算法;另一种是由多个点光源和单个探测元件构成的传感器,这种传感器通过对位相信息的测定来感知物体的三维信息。两种传感器都能得到被测点到传感器之间的距离信息及被测表面空间取向的信息。所论及的传感器可用于机器人对三维物表面轮廓的追踪运动以及提供物体形状的三维描述信息等方面。     

基于有限状态机的足球机器人行为设计与综合

介绍了一个面向动态环境作业的全自主移动机器人系统。该机器人系统集成了包括视觉、激光雷达、声纳环、里程仪在内的多传感器系统,双轮独立驱动的移动小车以及高速无线局域网,并通过车载控制系统进行实时决策。控制系统采用递阶的混合式结构,在上层利用基于有限状态机的行为选择方法实现行为规划,在低层采用基于行为的控制技术。通过对指定任务的分解,该方法实现了动态环境下多行为的协调,使机器人具有较高的决策智能,同时又保证了快速的反应能力。动态环境下的实验和比赛结果证明了该方法的有效性。     

基于线结构光传感器的工业机器人运动学参数标定

针对工业机器人绝对定位精度较低问题,提出一种基于线结构光传感器的工业机器人运动学参数标定方法。首先,将线结构光传感器固定安装在机器人末端,建立传感器测量模型,然后建立机器人运动学模型,通过手眼关系将传感器模型与机器人模型连接组成完整的标定系统模型。其次,使线结构光传感器在不同位姿下对某一固定点进行测量,得到该点在机器人基座标下的坐标值。并建立该坐标值的理论值与实际值偏差的误差模型,从而建立标定方程组,利用最小二乘法辨识出运动学参数误差并修正参数。最后,通过将这些参数更新到理想运动学模型中,比较标定前后测量点之间的位置偏差。实验表明,平均误差和标准差分别减小了50%和42%以上。     

基于人体动作识别的类人机器人动作模仿

基于模仿学习以及人机交互技术,借助Kinect深度相机传感器对类人机器人上半身动作模仿问题进行了研究。首先,将改进的D-H模型应用于NAO机器人的手臂完成了手臂运动学模型的精确建立及求解,解决了传统建模方法两相邻关节平行时出现的奇异性问题。其次,提出了一种改进的基于深度图像的手势识别算法,完成了对于示教者手势的判定及模仿,与传统基于彩色图像的手势识别相比,不受光照影响的同时提升了识别准确率,改进算法的平均识别准确率达到96.2%。最后将NAO机器人作为试验平台的实验表明:NAO机器人对于示教者上半身动作的实时在线模仿运动轨迹平滑且稳定,并且在抓取实验中也显现出了较好的准确性。     

A Robot Sensor for Measuring Thermal Properties of Gripped Objects

Robot manipulators will require a wide range of sensory systems if they are to become more widely useful. In this communication we describe a novel robot sensor designed to measure some of the thermal properties of a gripped object. A mathematical model of the sensor is proposed and validated by comparing predicted and measured sensor responses for a range of differing materials. The mathematical model can be used to analyze the sensor output and determine the thermal conductivity and thermal diffusivity of an unknown object held by the robot manipulator. This information will enable robot systems to discriminate between objects made of different materials and to aid recognition of unknown objects by providing information about their material structure.     

电力隧道自动巡检机器人设计与运动仿真

针对现有电力隧道巡检机器人自动化程度不足、视野和观测角度有限的问题,设计了一款子母式自动巡检机器人。其中：具有移动功能的巡检机器人母机能够完成主要的日常巡检工作,并具备越障、避障能力;具有攀爬功能的子机能够完成复杂环境、极限角度条件下的勘测任务。子、母机共同协作可完成整个电力隧道的自动化巡检。首先,基于总体功能需求,提出了巡检机器人各模块的具体形式,并完成了其自动巡检的逻辑系统分层设计。然后,基于虚拟样机技术,在ADAMS (automatic dynamic analysis of mechanical systems,机械系统动力学自动分析)软件中建立电力隧道运行环境,并结合运动学仿真分析结果优化巡检机器人母机的结构,以提升机器人在隧道内作业的平稳性并确保其所搭载的传感器均能正常工作。结果表明,母机结构优化后,巡检机器人能够平稳运行,传感器平台的抖动幅度在5 mm内,且搭载的各传感器均能正常工作,验证了该机器人方案设计的合理性。相关理论研究结果可为电力隧道自动巡检机器人物理样机的研制提供可靠的技术支撑。     

Fingerprint‐Inspired Flexible Tactile Sensor for Accurately Discerning Surface Texture

Inspired by the epidermal–dermal and outer microstructures of the human fingerprint, a novel flexible sensor device is designed to improve haptic perception and surface texture recognition, which is consisted of single‐walled carbon nanotubes, polyethylene, and polydimethylsiloxane with interlocked and outer micropyramid arrays. The sensor shows high pressure sensitivity (?3.26 kPa^?1 in the pressure range of 0?300 Pa), and it can detect the shear force changes induced by the dynamic interaction between the outer micropyramid structure on the sensor and the tested material surface, and the minimum dimension of the microstripe that can be discerned is as low as 15 µm × 15 µm (interval × width). To demonstrate the texture discrimination capability, the sensors are tested for accurately discerning various surface textures, such as the textures of different fabrics, Braille characters, the inverted pyramid patterns, which will have great potential in robot skins and haptic perception, etc.     

用于压/拉检测的机器人皮肤柔/弹性传感器阵列设计

基于炭黑/硅橡胶复合材料的压力以及拉伸敏感特性,设计了一种可用于检测机器人皮肤接触压力和拉伸特性的新型传感器阵列。该传感器阵列的弹性电极结构克服了传统传感器不可拉伸的缺点,实现了传感器阵列的柔/弹性;阵列中设计了9个检测压力的传感器单元和2个检测拉伸的传感器单元,通过传感器结构设计和拉/压干扰特性分析以及补偿算法解决了拉伸和压力同时测量时的干扰问题,并构建了求解压力与拉伸的数学模型。实验结果表明:该传感器阵列实现了对压力和拉伸的同步检测,可用于机器人柔性皮肤中关节等部位。     

基于TCS230的颜色检测装置及其在智能装配机器人避障中的应用

为使机器人躲避路障,开发了基于TCS230的颜色检测装置．红外传感器或色标传感器作为检测颜色的手段无法实现场景中多种颜色分辨,而颜色检测装置中的传感器TCS230能够将颜色信号转变成为相对应的频率信号并传递给单片机,单片机获取频率信号后,应用测频程序分辨物体颜色,适用于多颜色分辨场合．该颜色检测装置装配到智能装配机器人上进行动态避障应用时,受到临界位置和振动等多种因素的影响,检测准确率不高．采用并行双测法和延时检测法解决了临界位置影响产生的误判,研发出T型槽联结双传感器结构和软件均值滤波方法,减少了运动过程中振动引起的测量误差．该装置应用到智能装配机器人的避障策略中,取得了良好的效果．该颜色检测装置的开发应用可以推广到工业生产相关的颜色分辨场合．     

Research on Embedded Biomimetic Robotics

In this paper,we study a STM32F4 as the core of the bionic design and implementation of embedded mobile robot. Bionic robot based on color sensor TCS3200 contacts surface color data sending instructions,by the PWM wave to control the robot body tricolor LED color to achieve the surrounding color. Proven by a lot of experimental data,the bionic robot designed in this paper possesses the advantages of high stability and high accuracy,and bionic robot has completely independent behavior.     

Selective binding and detection of magnetic labels using PHR sensor via photoresist micro-wells

We have developed a novel platform for selective binding of magnetic labels on planar Hall resistance sensor (PHR) for biosensing applications. The photoresist (PR) micro wells were prepared on the PHR sensor junctions to trap the magnetic bead at specified locations on the sensor surface and thin layer of Au was sputtered in the PR wells immobilize bimolecular. The Au surface is functionalized with single-stranded oligonucleotide and further biotin was used to immobilize streptavidin coated magnetic labels (Dynabeads Myone 1.0 microm, Invitrogen Co.). After removal of the PR wells on the sensor surface the non specific binding magnetic labels were successfully removed and only the chemically bounded magnetic labels were remained on the Au surface for detection of biomolecules using PHR sensor. We controlled the number of magnetic labels on the PHR sensor surface by using different sizes of the PR well on the junctions. The specifically bounded magnetic labels were successfully detected by characterizing the individual PHR sensor junctions. This technique enables the complete control over the magnetic labels for selective binding of biomolecules on the sensor surface for increasing the sensitivity of the PHR sensor as well as removal of the non specific bindings on the sensor surface.     

用于机器人关节的柔性压力触觉传感器设计

分析了碳纤维/硅橡胶导电复合材料的拉伸、弯曲及压敏特性,基于上述特性设计了一种新型的应用于机器人关节等活动部位的柔性压力触觉传感器。通过解耦算法解决了拉伸、弯曲引起的干扰问题,构建了求解接触压力的数学模型。实验结果表明,该柔性触觉传感器具有拉伸和弯曲性,并消除了拉伸和弯曲对接触压力的检测的干扰,可应用于机器人关节。