无人机六自由度飞行建模与仿真研究

鉴于无人机在军事和民用领域广泛的发展,用数字仿真的手段可以验证无人机在特定条件下是否达到了飞行品质的要求,进而进行半实物仿真,最后进行飞行试验。通过飞行仿真可以缩短无人机的研制周期,降低研制经费和风险。无人机六自由度飞行仿真建模研究对无人机系统的初期研究和后期模拟训练器的研制都起着重要的作用。课题组利用Simulink工具进行了无人机六自由度飞行建模仿真研究,所建立的无人机的六自由度空气动力学模型既可以进行纯数字的仿真试验,也可以为后续研制高逼真的无人机模拟训练器中无人机动力学模型设计打下基础。     

基于双目视觉的机器人目标定位与机械臂控制

为了更好地与复杂多变的非结构化环境进行交互,完成对目标物体的识别和抓取,提出了一种应用于服务机器人平台的基于双目视觉的仿人机械臂控制方法.文中首先用D-H方法对机械臂进行建模,并对这个模型做了改进,给出了一种更加简便的3+1自由度仿人机械臂的逆解算法,采用基于双目视觉与颜色分割的目标识别方法;然后根据识别出的目标三维坐标信息控制机械臂完成抓取任务;最后,本方法在家庭服务机器人上得到了验证,机器人能够完成对目标物体的识别和抓取动作.     

贝叶斯网络在空间机械臂故障诊断中的应用研究

空间机械臂在空间设施中广泛应用,如何准确快速判断其运行状态成为需要解决的重要问题。文中首先介绍了机械臂在国内外空间设施的应用背景,然后采用基于故障树与贝叶斯网络的故障诊断方法,包括：基于系统组成结构的故障树建模、贝叶斯网络转化、团树传播算法和最大后验估计(MAP)推理结果分析。最后利用单点故障实验和多点故障实验对所提方法进行了验证,结果表明将故障树分析和贝叶斯网络结合应用到空间机械臂故障诊断是有效的、可行的。     

Path planning in complex 3D environments using a probabilistic roadmap method

This paper presents a 3D path planning algorithm for an unmanned aerial vehicle （UAV） in complex environments. In this algorithm, the environments are divided into voxels by octree algorithm. In order to satisfy the safety requirement of the UAV, free space is represented by free voxels, which have enough space margin for the UAV to pass through. A bounding box array is created in the whole 3D space to evaluate the free voxel connectivity. The probabilistic roadmap method （PRM） is improved by random sampling in the bounding box array to ensure a more efficient distribution of roadmap nodes in 3D space. According to the connectivity evaluation, the roadmap is used to plan a feasible path by using A＊ algorithm. Experimental results indicate that the proposed algorithm is valid in complex 3D environments.     

Robust Saturated PI Joint Velocity Control for Robot Manipulators

It is well known that many industrial manipulators use an embedded linear proportional‐integral (PI) joint velocity controller to guarantee motion control through proper velocity commands. However, although this control scheme has been very successful in practice, not much attention has been paid to designing new PI velocity control structures. The problem of analyzing a saturated PI velocity joint velocity controller is addressed in this paper. By using the theory of singularly perturbed systems, the closed‐loop system is studied. The robot dynamics assumed in this paper take into account bounded time–varying disturbances which may include the friction at the joints. An experimental study in a planar two degrees‐of‐freedom direct‐drive robot is also presented, confirming the advantage of the new saturated PI joint velocity controller.     

一种基于自适应遗传算法的航迹重规划

航迹重规划技术是保证无人飞行器航行安全的关键技术之一。本文针对遗传算法航迹重规划容易陷入局部最优解的问题展开研究。采用自适应交叉变异概率的遗传算法规划局部航迹,避免了航迹早熟,防止航迹陷入局部最优解。通过仿真实验表明,自适应遗传算法能在模拟环境中规划出满足约束条件的近似最优航迹,提升了遗传算法解决航迹重规划的效能。     

航空相机操纵器仿真系统研究

航空相机操纵器是安装在飞机上对航空相机进行控制的仪器,其仿真系统可用于模拟控制航空相机的地面拍照、航空相机性能测试及相关设备性能的研究。文中在介绍航空相机操纵器系统功能的基础上,针对航空相机的拍照特点,在VisualC++环境下,建立了航空相机操纵器的仿真系统,并着重进行了硬件结构设计。通过对参数的装定、调焦和图像处理等大量实验,证明了该系统性能稳定,具有很强的抗干扰性,不仅缩短了研制周期,而且还降低了试验费用,节省了经费的投入。     

基于EDA算法的机械手最优轨迹

遗传算法在机械手轨迹优化过程中存在一定的缺陷,为了获得较理想的运动轨迹,提出了基于EDA优化算法的机械手运动轨迹优化算法。由于EDA算法中仅使用选择和基因池重组算子,因而常会过早收敛。为了改变这种不足,提出一种改进的EDA算法(IEDA),IEDA算法中使用了小生境技术来保持解的多样性,斌使用簇的方法保存优良个体。通过实验仿真,所得优化轨迹令人满意,且表现出优良特性。     

具有不确定雅可比矩阵机器人的鲁棒非线性PID控制器的抗饱和失效设计

对于雅克比阵不确定的操作机器人笛卡尔空间操作任务, 提出一种鲁棒非线性PID控制器的抗饱和设计方案, 解决了PID控制中的积分饱和问题. 该控制器通过引入有界递增分段连续函数于PID控制器中的积分环节, 限制了积分器的积分作用, 从而克服了积分环节对闭环系统的不利影响: 一方面使得闭环系统是渐进稳定的, 另一方面又保证了其鲁棒性; 特别是, 相比于其它的抗饱和设计方法, 显得更加简单有效.     

基于混沌遗传算法的柔性机械手滑模控制器优化设计

针对柔性机械手动力学方程的非最小相位特点,本文提出一种柔性机械手的终端滑模控制方法,将关节电机转角和柔性模态变量的线性组合定义为柔性机械手系统的输出.通过输入输出线性化,将系统分解为输入输出子系统和零动态子系统.设计终端滑模控制策略,使输入输出子系统在有限时间收敛到零;利用混沌遗传算法优化控制器的设计参数,使零动态了系统在甲衡点附近渐近稳定,从而保证整个系统的渐近稳定.本文提出的方法设计过程简单,易于实现.仿真结果证明了设计的有效性.