Modeling of tracked mobile manipulators with consideration of track–terrain and vehicle–manipulator interactions

This paper presents a systematic method to establish the kinematics model for a tracked mobile manipulator on firm grounds, with consideration of the interactive motions between the tracks and the terrain, as well as those between the tracked vehicle and the onboard manipulator. Kinematics analysis is essential for real-time pose estimation and online autonomous navigation of tracked mobile manipulators. Furthermore, to improve the effectiveness of motion planning, and to simulate or control tracked mobile manipulators, a reliable kinematics model is required. However, kinematics modeling for a tracked mobile manipulator is complicated by the fact that there are infinite number of contact points between the tracks and the terrain, which makes slippage unavoidable. The track–terrain and vehicle–manipulator interactions make the problem even more complicated as the motion of the onboard manipulator and the centrifugal forces during moderate or high speed motion give rise to transfer of the load distribution, which will affect the longitudinal and lateral tractive forces and the resistance. Also, the motion of the mobile platform contributes to the inertial forces of the manipulator, and the track–terrain interactive forces help balance the gravity as well as the manipulation forces. The developed kinematics modeling approach is presented on the basis of a tracked mobile manipulator in our laboratory, but the forward kinematics analysis method, and the track–terrain and vehicle–manipulator interaction analysis algorithm are general, and can be used for any tracked mobile manipulators with little modification. This work lays a solid foundation for autonomous control, online slippage estimation, real-time traction optimization as well as tip-over prediction and prevention of tracked mobile manipulators.     

一种新型路面车辆检测系统的设计与实现

现有的路面车辆检测系统已经难以适应智能交通系统的快速发展,将路面车辆检测系统作为交通基础数据源,研发一种新型路面车辆检测系统,介绍该检测系统的体系结构并描述其软件设计,该软件采用多线程技术提高CPU的使用效率,体现面向对象的设计思想,具有良好的健壮性和扩展性。该系统目前已进入小范围试用阶段,并取得良好的效果。     

CAN总线实时调度算法的应用

为满足电动车CAN通信系统在电动车能源管理系统中对实时性和动态分配带宽的要求,提出一种基于事件通道的CAN总线实时调度算法。该算法利用后端通道配置数据库实时修改CAN总线通道组合方式,为具有不同实时性和可靠性要求的数据动态分配传输通道,满足电动车能源管理系统研究和实施阶段对系统可修改性的需求,缩短系统的研发周期。     

基于GPRS的组合式车载导航终端硬件设计

针对目前自主式车载导航终端在地图数据动态更新和实时交通信息接收方面的不足,基于网络与自主式导航相结合的思想,该文采用基于GPRS的组合式车载导航服务终端的设计方案,阐述S3C44B0X模块、GPS模块、GPRS模块以及电源等主要模块的组成结构和工作原理。对终端进行调试,对接收的数据进行优化。该硬件设计方案结合软件设计将有利于实现地图与道路数据的动态更新和基于实时交通信息的动态导航。     

微型折叠式三维电场传感器

提出一种基于柔性衬底和三维组装方法的新型三维电场传感器.利用柔性衬底的折叠,构建一种互相垂直的新型三维电场传感器,研究了测量空间电场时的耦合,提出解耦算法,标定灵敏度矩阵,实现了空间电场三个方向分量的准确测量;通过一系列的温湿度实验研究了三维结构的形变,证明了三维电场传感器结构稳定可靠.实验结果表明:所研制的三维电场传感器不仅能消除耦合干扰,实现空间电场分量的准确测量,测量误差在3.61％以内;而且通过新的三维组装方法,大大减少了三维电场传感器的质量、体积,折叠工艺简化了三维传感器的组装,有利于批量化生产.     

一种改进的UAV高度无缝融合导航方法

为了解决无人飞行器多机载高度传感器直接使用和切换导致的信号突变的问题,提出了一种基于微惯性器件、GPS、声纳、气压高度计的高度无缝融合方法.建立声纳和气压高度计误差模型,对其动态误差进行了分析和滤波预处理.采用基于增量的无缝融合方法获取高度变化估计值以修正气压高度.利用无迹卡尔曼滤波(UKF)方法将气压高度计、GPS和惯性导航系统信息进行有效融合获得精确的高度估计值.该方法考虑了各种高度传感器在动态环境下的误差特性,解决了模式切换带来的信号突变问题.飞行试验结果表明:采用该设计的方法系统具有较高的精度和可靠性.经过150 s飞行后,高度估计误差为0.4707m,能够满足无人飞行器飞行要求.     

基于旋转谐振结构的单芯片二维电场传感器

提出并研制了一种二维电场检测传感芯片,将四个电场测量微型单元和旋转式驱动微结构集成在3. 5 mm ×3. 5 mm的敏感结构上,实现了单芯片的电场二维测量.介绍了传感器的工作原理、敏感结构的设计,以及基于绝缘体上硅( SOI)工艺的单芯片微型二维电场传感器制备工艺技术.成功研制出传感器原理样机,研究了微型二维电场传感器的标定方法,开发了用于电场二维标定的测试装置,并在室温常压下对传感器进行了二维标定.实验结果表明:该传感器能够有效减小电场的轴间耦合干扰,测量误差优于7. 04%,线性度可达到1. 25%.     

闪电快电场信号时频特性的小波分析

应用小波变换方法将具有短时非平稳特点的闪电快电场时域波形信号转换到二维的时频平面,从时间和频率上同时描述闪电快电场信号的电场强度或相对能量分布,揭示其所包含的不同频率分量及其随时间变化的特性.分析结果表明,基于小波变换的闪电快电场信号时频特性分析可以挖掘闪电电场更深层次的变化规律和特征;也为闪电放电类型的识别研究提供了新的思路.     

基于扩展卡尔曼滤波器的AUV导航定位数据融合

导航定位是AUV(自主式水下潜器)自动化受限的关键技术.GPS等单独的定位方式又存在缺陷.故采用低成本罗经-DVL-GPS组合导航定位.因为导航定位观测的非线性关系,设计了基于扩展卡尔曼滤波器的导航定位数据融合算法.针对扩展卡尔曼滤波器存在的滤波发散现象,引入机动目标模型抑制滤波发散,研究并仿真了AUV的两种运动方式,实现了覆盖四个象限运动的导航定位仿真,结果表明算法能有效进行数据融合,提高状态估计精确度.     

输入饱和及带宽限制下高超飞行器的闭环稳定边界研究

针对于吸气式高超声速飞行器开环不稳定的动力学特性,研究了控制信号存在饱和约束及带宽限制条件下的闭环稳定边界.首先,简要介绍了吸气式高超声速飞行器的建模方法与动力学特性的主要问题.考虑到飞行器控制信号的幅值限制及带宽约束,综合高超声速飞行器的开环不稳定特性,定量地分析了系统的闭环稳定边界:与系统不稳定极点的位置,其对应的左特征向量及控制信号的幅值约束有关;执行器的带宽限制在此基础上进一步缩小了反馈控制系统的稳定边界.根据高超声速飞行器短周期不稳定特性,解析地给出了闭环稳定边界的计算公式.采用蒙特卡洛分析方法对闭环系统的稳定边界及滑模变结构控制器作用下的稳定区域进行验证.仿真结果与理论分析具有一致性,验证了系统开环特性对于闭环稳定性的限制及控制信号带宽约束对稳定性的影响.