水下探测机器人的研发与测试

为研究水下输油管道漏油点检测方法,基于水下机器人平台设计具有自主决策的探测机器鱼,使用智能检测判断规则,并通过试验验证该方法的可行性。实验结果表明,水下探测机器人可以自作决策并有效进行水下探测任务。     

基于LPC1768 的简单几何地图绘制系统

为实现移动机器人环境探知并直观表现的功能,设计一种以前方180°为范围的简单几何地图绘制系统。该系统采用 lpc1768为核心,下位机部分以小型舵机 MG90S和超声模块 HC-SR04的云台组合为基础,上位机通过CVI 编写的程序对下位机测量的数据进行处理,将其通过上位机界面以二维地图形式直观表现;并通过探测3种障碍地图进行验证。实验结果表明：该系统能准确反映机器人前方的环境信息,适用于移动机器人的实时绘图。     

基于陀螺仪和码盘的自主定位机器人系统

为实现轮式机器人的自主定位,研究了基于陀螺仪与码盘的机器人自主定位方法,设计并实现了一种基于陀螺仪和码盘的自主定位机器人系统,对其布局安装方式、自主定位方法和校准、初始化流程进行了研究。选用GYROCHIP II型的陀螺仪和2RMHF型编码盘,制作了1：1实物机器人平台对机器人系统进行验证。机器人实际运动验证结果表明,该系统可在短时间内实现高精度的自主定位。     

基于深度信息的巡逻机器人避障系统实现

针对巡逻机器人的避障导航,基于Realsense深度摄像头获取环境深度信息,在使用机载计算机对深度图像进行分层处理的基础上,设计了巡逻机器人避障导航系统,同时对巡逻机器人通信协议以及决策流程等进行了改进设计,最后在ROS机器人开源操作系统上对其进行实验及验证。实验结果表明,在相同环境下,该方法能使巡逻机器人快速、安全、有效地避开静态障碍物而到达目标点。该方法不仅能够提高避障的成功率,获得实时避障效果,而且能够降低巡逻机器人的数据处理量,有利于巡逻机器人的移植。     

SCARA四轴机器人控制系统综述

SCARA工业机器人因速度快、精度高及机构特点,特别适合于装配工作,因而在3C、食品药品、汽车工业等生产领域有着广泛应用,如装配印刷电路板和零部件等。首先,讲解轨迹规划并对其进行分类,包括基本轨迹规划、最优轨迹规划和人工智能轨迹规划,并总结了各类方法的优点和存在的问题。其中基本轨迹规划是在关节空间进行多项式、样条曲线插补,在笛卡尔空间进行速度规划、直线和圆弧插补;最优规划包括时间最优、能量最优、冲击最优;人工智能是建立在遗传算法和机器学习的基础上对轨迹进行规划。实现轨迹规划需要控制器驱动器等硬件基础和控制策略保障轨迹跟踪,综述了现有的控制系统架构及控制方法。目前主流的控制系统包括运动控制卡型和基于工业总线型,利用工业以太网可以实现自动化系统的网络化。同时,为方便读者选择合适的SCARA机器人,介绍了国内市场的情况,并对比了一些产品的性能及优缺点。最后,对未来发展进行了展望,主要包括驱控一体型控制系统、机器人模块化及人机协作方面。     

基于粒子滤波的运动机器人目标定位

机器人完成各种应用的前提是准确获知自身及运动目标的相对位置,由于机器人在运动控制的过程中自身携带的传感器获取的位置和角度信息存在误差,会导致移动机器人在目标定位过程中出现误差。为提高定位的准确性,提出了基于相对定位的方法,建立目标运动的相对运动模型,并基于观测距离和角度的测量方程运用粒子滤波方法对运动目标进行定位,实验与仿真结果表明,在不同强度的非高斯噪声影响下,粒子滤波算法都能够有效的对其进行定位,且具良好的精度。     

基于Kimura振荡器和虚拟模型的气动肌肉四足机器人步态控制

步态控制是四足机器人适应复杂地形的关键,为此对机器人步态进行规划和控制,提出一种步态控制器。针对气动肌肉驱动的四足机器人,根据机器人Denavit-Hartenberg参数建立单腿运动学模型;采用Kimura振荡器设计四足机器人步态的中枢模式发生器（CPG）网络,并改进振荡器输出与关节角度之间的映射关系;采用摆线函数规划机器人足端轨迹,基于生物神经反射机理和虚拟模型控制（VMC）,以肢体摆动相位和足端触地信息为状态切换条件,建立沟壑地形自适应步态控制器;搭建Adams与MATLAB联合仿真平台和实物样机测试平台,对步态控制器进行验证。结果表明：改进的CPG步态网络可减小步态参数间的耦合,所生成信号的幅值和相位稳定;基于CPG和VMC的步态控制器能实现机器人对角步态运动,并能跨越宽度为机器人足端宽度的2.50倍沟壑。     

2D 仿真机器鱼生存挑战关键技术策略

在国际水中机器人大赛中,针对2D 仿真机器鱼生存挑战项目比赛过程中出现的不确定性因素,介绍一 种圆圈算法。通过分析2D 生存挑战比赛规则,从策略和算法上进行研究,主要阐述进攻鱼和躲避鱼的防守策略, 其中,躲避鱼有逃跑和穿孔2 种基本策略。介绍了特殊位置处理和躲避抓捕的圆圈算法。结果表明：该方法是有效、 可行的,在防守鱼恰巧抵挡住攻击鱼时效果尤为明显。     

移动机器人SLAM 改进算法的分析与实现

为解决移动机器人扩展卡尔曼滤波(EKF-SLAM)算法计算复杂、精确度不高及易受干扰的缺点,提出一 种基于最优平滑滤波理论的改进同步定位与地图构建(simultaneous localization and mapping,SLAM)算法。详细介绍 算法的改进过程,通过Matlab 软件对其位置轨迹跟踪误差及标准差进行仿真分析,基于机器人操作系统(robot operating system,ROS)系统的实验平台,在室内走廊进行SLAM 实验以测试改进算法的效果。结果表明,改进的 SLAM 算法精度高、抗干扰能力强,能实现移动机器人的即时定位与地图构建。基于ROS 系统的软件平台能简化开 发难度,提升移动机器人的智能化。     

曲面轮廓恒力跟踪的非线性双闭环控制

针对机器人在跟踪未知曲面轮廓运动时,由于缺乏位置信息导致的接触力不恒定的问题,提出了非线性双闭环控制方法。该方法中的双闭环包括运动倾角的实时反馈校正器,以及基于非线性PID的法向接触力控制器。非线性PID控制器是由非线性跟踪微分器(TD)和状态误差反馈(SEF)构造的,基于线性PID框架的非线性控制器。首先,根据受力模型得到基于力反馈的运动倾角校正策略;另外,考虑到多维力传感器维间耦合的影响,对Maxwell三维力传感器的解耦矩阵进行了标定;同时,提出了力信号的自适应惯性滤波方法,改善了滤波器的灵敏度和稳定性,综合性能提高了34.42%;最后,实验验证了双闭环控制方法能有效提高力控制精度和稳定性,具有较强的可执行性和适应能力。