深松机器人作业环境建模和改进路径规划研究

针对深松机器人深松土壤作业时对室外环境感知能力差,还需要人力驾驶拖拉机进行室外作业的缺点,基于ROS(Robot Operating System)框架下利用SLAM(Simultaneous Localization and Mapping同时定位与建图)和路径规划技术进行高精度室外深松机器人应用研究。阐述SLAM算法和Cartographer算法的原理,根据田地环境需求,选择适用的地图模式,基于ROS框架对本地路径规划和全局路径规划的算法进行了分析和研究,设计研发了基于ROS的深松机器人实验平台,在基于ROS的深松机器人实验平台上进行测试,分析基于ROS框架下各节点之间的话题通信数据流向。实验第一步运用Cartographer算法建立栅格地图,获取地图后,针对不同土壤环境的特点和农作物对土壤主要特征的要求经行分析,研究出两种深松机器人工作模式：大型微耕模式和大型深耕模式;实验第二步基于Cartographer算法提供的地图上进行大型微耕模式的路径规划和大型深耕模式的路径规划的实验,并对不同工作模式的路径规划的算法进行分析。结果表明：Cartographer算法满足室外农田环境下的定...     

智能协作机器人制餐服务系统研制

针对当前传统早餐制作、售卖需要值守服务人员,人力成本高且容易产生污染等问题,本文研制一套自动制备早餐的智能协作机器人制餐服务系统.该系统采用协作机器人作为执行机构,机器视觉系统作为识别定位检测装置,PLC作为主控制系统,通过工业网络进行软硬件通信.经验证,该系统具有较好的操作性和稳定性,用户可通过点餐应用软件在线下单,...     

自抗扰技术在四旋翼飞行姿态控制中的应用

介绍了自抗扰控制器的结构组成,包括跟踪微分器、扩张状态观测器以及非线性状态误差反馈律,并给出了各部分的典型算法．针对四旋翼盘旋系统的姿态控制问题,设计了连续型和离散型两种自抗扰控制器,在Simulink下搭建了仿真结构图,并进行了参数整定．仿真结果表明,文中所设计的自抗扰控制器可以满足控制精度及快速性的要求,并且具有强鲁棒性、抗干扰性能以及对非线性强耦合系统的解耦能力．     

面向智能专业的本科毕业论文(设计)管理模式探析

针对智能专业本科毕业论文(设计)存在的问题,提出面向能力培养的本科毕业论文(设计)教学改革,从毕业设计时间和选题要求等方面,具体阐述毕业论文(设计)管理模式的实施过程,并以南开大学为例说明改革效果。     

针对串联弹性驱动器抖动抑制的轨迹规划和跟踪控制

针对串联弹性驱动器（Series elastic actuator,SEA）的位置控制问题,本文提出了一种"规划+控制"的策略.首先根据连杆端运动学约束方程,基于数字滤波器对电机位置进行轨迹规划;为了使电机能够准确跟踪期望轨迹,根据电机端的动力学模型设计位置跟踪控制器.理论分析证明了规划的抖动抑制作用和跟踪控制系统的稳定性,随后的实验结果也表明了这种"规划+控制"方法在使连杆到达期望位置的前提下,能够有效地抑制残余抖动.     

无人直升机姿态通道模型预测控制

针对无人直升机姿态通道中存在的测量干扰与控制输入受限等问题,利用包含时变柔化因子的模型预测控制算法设计了一种姿态通道控制器。具体而言,首先对姿态通道的传递函数进行了等效变换,得到嵌入了积分环节的状态空间(SSEI)模型,并进一步建立了姿态通道的预测模型;然后综合分析了姿态通道系统在初始响应速度和减小测量干扰影响两个方面的要求,设计了含时变柔化因子的柔化轨迹;接着考虑到舵机的输出限制,分析了姿态通道的控制输入约束条件;最后基于上述三点内容,设计了滚动优化过程。论文还以无人直升机的偏航通道为例进行了飞行实验测试,结果表明该控制算法可明显地加快系统响应速度,减小模型不确定性与测量干扰等因素的影响,具有较好的工程应用价值。     

基于激光雷达增强的视觉SLAM多机器人协作地图构建方法的研究

针对光线强度对机器人视觉同步定位与地图构建（Simultaneous Localization and Mapping, SLAM）建图信息量、时效性和鲁棒性影响大的问题,提出一种基于激光雷达（Light Detection And Ranging,LiDAR）增强的视觉SLAM多机器人协作地图构建方法。在地图构建过程中,将LiDAR深度测量值集成到现有的特征点检测和特征描述子同步定位与地图构建（Oriented FAST and Rotated BRIEF-Simultaneous Localization and Mapping,ORB-SLAM3）算法中,利用改进的扩展卡尔曼滤波算法将激光雷达的高精度数据和视觉传感器的时序信息融合在一起,获得单个机器人的位姿状态,结合深度图进行单个机器人稠密点云地图的构建;利用关键帧跟踪模型和迭代最近点（Iterative Closest Point, ICP）算法得到存在共识关系的机器人之间的坐标转换关系,进而得到各机器人的世界坐标系,在世界坐标系中实现多机器人协作地图的融合与构建。在Gazebo仿真平台中实验验证了方法的时效性和鲁棒性。     

基于切换模型的无人直升机偏航通道系统辨识方法?

针对直升机偏航通道中舵机控制量的饱和非线性问题,提出基于切换模型的无人直升机偏航通道系统辨识方法。首先分析无人机偏航通道的特征,建立包含饱和单元的切换模型。其次通过扫频实验采集辨识所需的数据,并在频域下采用遗传算法辨识得到切换模型的所有参数。再根据实验数据分析辨识模型的残差序列,得到系统的残差模型,并利用该残差模型修正辨识得到的无人机偏航通道模型,进一步提高模型的准确度。最后通过实验数据分析文中模型的准确性,并利用该模型设计无人机飞行控制器。实验结果也证明模型的有效性。     

基于空间几何方法的乒乓球机器人最优姿态求取

首先分析了仿人机器人手臂的空间几何构型,特别是针对在给定任务下末端执行器的姿态约束不完整的情况.并在此基础上,以机器人手臂的整体动能最小为目标,优化球拍绕其法线方向的旋转角.同时从整个机器人手臂动能的方面对机器人手臂的末端执行器姿态进行优化分析,并确定最优条件,即手臂所构成的平面与球拍运动速度向量所形成的平面互相垂直,然后根据最优条件及各连杆间的关系建立方程,求解出最优的末端姿态角,以减少机器人手臂运动所引起的振动.最后,通过仿真结果从动能求取和轨迹规划等方面验证了提出的方法的有效性.     

基于主动偏心轮的全方位移动机器人航位推算与跟踪控制

针对基于主动偏心轮的全方位移动机器人系统,提出了一种基于冗余码盘的航位推算方法和一种具有饱和约束的轨迹跟踪控制器.具体而言,首先分析了车轮发生滑动的原因,考虑到机器人随动轮相对于主动轮不易打滑的特性,设计了具有冗余码盘的随动轮结构.基于该结构,将机器人航位推算转化为一个含约束的最小二乘问题.实验结果表明:与未考虑随动轮约束的传统方法相比,该方法降低了轮子打滑的影响,提高了航位推算的精度.考虑到实际机器人系统的速度控制量具有上限,基于李亚普诺夫方法设计了含饱和约束的轨迹跟踪控制器,并对其稳定性和有界性进行证明.仿真与实验结果表明本文提出的控制器具有良好的性能,同时能够满足控制量的饱和约束.