分级随机采样弱随机RRT算法及在移动机器人运动规划中的应用

针对移动机器人运动规划过程中,采用快速扩展随机树(RRT)算法采样效率低,寻找临近节点计算量大,及非线性反馈控制器不受系统模型动态约束的问题, 提出一种新的基于分级随机采样与扩展的弱随机RRT算法,同时设计快速限幅非线性反馈控制器,保证运动规划过程中机器人始终满足系统模型动态约束。首先,在迭代伊始结合节点评价策略建立节点的选取集合;其次,按照规定顺序选取扩展节点并随机选择扩展方向,将计算得到的新子节点连接到随机树完成扩展;然后,对初始路径进行规划,采用快速限幅非线性反馈控制器计算机器人在路径点上的控制序列和位姿,实现移动机器人的运动规划;最后,通过仿真验证了该算法的有效性。结果表明:提出的分级随机采样弱随机RRT算法不依赖最近节点的选取,相比RRT算法缩短了求解时间,提高了迭代速度。     

纵向打滑状态下的轮式移动机器人编队控制

针对轮式移动机器人车轮纵向打滑时的编队控制问题,提出一种基于滑移率补偿和模糊逻辑的多机器人编队控制器设计方法.首先,利用速度传感器获取机器人的实际速度信息,并进行滤波减少传感器噪声.结合速度输入指令信号得到滑移率估计值,用以描述机器人纵向打滑的程度.然后根据领航跟随法,设计补偿纵向打滑的编队控制策略,并采用模糊逻辑设计控制器参数.最后在Microsoft Robotics Developer Studio 4（MRDS4）中搭建3D物理仿真平台,进行编队控制仿真,验证了领航、跟随机器人发生打滑的情况下所提方法的有效性.     

多径衰落信道中导引辅助二维扩频的导引功率优化

在多径衰落信道中,针对BPSK调制的广义二维扩频系统,该文分析了导引符号与数据符号的功率比对导引辅助相干解调的误码率性能的影响,在系统总的发射功率一定的条件下,优化了导引符号与数据符号的功率比。结果表明,分析结果与仿真结果相吻合,导引符号与数据符号功率比的最优值是由多径信道的信噪比、多普勒频移、多径时延、低通滤波器的特性等因素决定的。     

基于PLC控制的多工位码垛系统设计与实现

目的为拓展工业机器人的有效工作范围。方法采用三菱Q系列PLC和定位模块QD75MH1搭建一套完善的工业机器人移动底座系统,用于机器人的位置调动,有效扩展工作范围。结果选用四工位码垛装箱工作站为应用案例,系统工作稳定,工业机器人的工作范围由原来的2个工位扩展到4个工位,使用1台工业机器人即可完成4个工位的工作,包装效率提升了2倍。结论该系统在多工位的码垛、装箱、搬运等场合具有很好的参考价值。     

机器人关节间的碰撞检测

将多臂机器人各运动关节简化为具有一定直径的圆柱体,通过计算两圆柱体中心线间最短距离来进行机器人的碰撞检测研究.在此过程中,首先通过总结提炼两空间线段间的相互位置关系,在进行解析,推导的基础上,提出了7个有意义的解析几何推论,直接可得出两空间线段间的最短距离,然后根据得出的结果,设计了一个机器人运动关节间的碰撞检测算法.该算法程序设计简单,计算量小,能有效地满足实际应用需要.     

双臂空间机器人惯性空间轨迹跟踪的鲁棒混合自适应控制

讨论了载体位置与姿态均不受控情况下,漂浮基双臂空间机器人系统跟踪惯性空间轨迹的控制问题。为了克服空间机器人系统控制方程关于惯性参数的非线性性质,空间机器人被表示为欠驱动系统,保持了系统动力学方程关于惯性参数的线性关系;对系统的运动学分析表明,联系机械臂末端抓手运动线速度与机器人关节铰速度的Jacobi关系也可以通过增广向量的处理,得到保持惯性参数线性关系的增广广义Jacobi关系。基于以上结果,针对系统参数不确定的情况下,设计了自由漂浮双臂空间机器人跟踪惯性空间期望轨迹的鲁棒混合自适应控制方案。由于在上述系统运动学、动力学分析中耦合了系统动量守恒关系,所提出的控制方案具有不需要测量、反馈机器人载体位置、移动速度、加速度的优点;同时,由于上述控制方案仅在参考速度、加速度的计算中采取了参数调节方式,而在控制部分对不确定参数采用了保持鲁棒性的方法,有效地减少了计算量,有助于缓解空间机器人机载计算机运算能力有限的矛盾。通过对一个平面双臂空间机器人系统的数值仿真,验证了算法的有效性。     

钻井机器人的连续油管钻压和钻速控制模型

连续油管钻井机器人利用机身内外的钻井液压力差作为动力源，可在牵引连续油管的同时加载钻压。以钻井机器人为基础，建立连续油管钻柱动力学模型，并推导出通过钻井液排量控制钻压和钻速的单参数控制数学模型；对钻井机器人引入调速回路，建立具有调速功能的钻柱动力学模型；在溢流阀调定压力大于机身内外压差时，推导出利用钻井液排量和节流阀流通面积两种参数控制钻压、钻速的数学模型，在溢流阀调定压力小于机身内外压差时，推导出利用钻井液排量、节流阀流通面积和溢流阀调定压力3种参数控制钻压、钻速的数学模型；以11.43 cm（4.5英寸）井眼为例，对上述3种数学模型进行了分析。分析结果表明：钻压、钻速随钻井液排量的增加基本呈线性增加，在钻井液排量大于0.005 m³/s时，钻井机器人能够向前爬行，在钻井液排量大于0.005 7 m³/s时，钻头能够正常钻进；调节节流阀流通面积和溢流阀调定压力，可以在一定范围内无级调钻压和钻速；3种控制方法相结合，可以实现小排量、大钻压，及大排量、小钻压等钻井参数的控制。以控制模型为基础，针对不同井下工况建立钻进工艺的专家数据库，以钻井机器人为"大脑"，结合井下随钻测量数据就能够实现闭环控制，自动钻进。     

高压环境双水平井SAGD三维物理模拟实验

针对原始地层压力较高且难于在短期内降压的特稠油油藏,为了研究双水平井SAGD在高压环境下的开发效果,利用高温、高压三维物理模拟系统进行了SAGD物理模拟实验,并分析了在原始地层压力较高的特稠油油藏中进行SAGD生产的各项特征。研究结果表明:与低压环境下的SAGD生产过程相比,在高压环境下蒸汽腔发育过程虽然也分为3个阶段,但是蒸汽腔体积小,横向扩展范围有限;生产过程中没有出现稳产阶段,产油速率和油汽比在达到最大值以后迅速降低,大量原油在高含水和低油汽比阶段被产出;生产过程中热损失速率先缓慢、后迅速增加,最后保持稳定,与蒸汽腔发育的3个阶段相对应。根据实验研究结果可知,在高压环境下进行SAGD生产难以取得较为理想的开发效果,低压环境下SAGD开发的采收率远高于高压环境下SAGD的采收率。因此,高压环境下实施SAGD不能有效释放蒸汽潜热从而提高稠油油藏采收率,在能降低油藏压力的条件下,应首先利用适当工艺措施降低油藏平均压力,再实施SAGD开发。     

机器人的超声电机驱动及其控制研究

研究了超声电机在机器人中应用的可行性，探讨了行波超声电机（USM）的调速机理和调相伺服特性；引入了调相驱动的实现方法。针对超声电机驱动特点，在机器人动力学分析基础上，研究了动力学模型的线性化和解耦问题，提出了PD控制与前馈补偿相结合的机器人位置的控制方法。