核电站机器人研究现状与发展趋势

核机器人在核电站安全中起着极重要的作用.本文首先介绍了核电站的运行原理,并对其关键设施的安全性级别进行分类.然后从三个主要应用——关键设施维护、核辐射监测与预警、核事故处理与救援等方面,分析了各国核电站机器人的研究现状.最后,归纳了其中的关键技术,并对未来的发展趋势进行了展望.     

仿生扑翼飞行机器人自主导航系统研究进展

仿生扑翼飞行机器人模仿自然界鸟类和昆虫等生物的飞行方式,具有安全性强、迷惑性好等优点,在灾害救援、反恐防 暴等方面具有极其重要的应用前景。 为实现其在未知复杂环境下的自主飞行并执行探测任务,需研制一套集感知建图、规划避 障与飞控制导等功能模块为一体的导航系统。 本文首先对扑翼飞行机器人的导航系统进行了概述,按照翼展大小将扑翼飞行 机器人分为微小型和大中型两类,其次对比分析了国内外在微小型、大中型扑翼飞行机器人导航系统方面的主要研究进展。 接 着对自主导航系统所涉及到的感知定位与建图、运动规划与避障、轨迹跟踪与飞控制导等关键技术进行了分析总结,指出其局 限性及亟待解决的问题。 最后,对未来的研究趋势进行了展望,包括提升机载嵌入式计算能力、多模态信息融合、面向多模态飞 行的流场感知、仿生视觉系统研究、群体感知与编队控制等热点方向。     

基于正交解调的科里奥利质量流量计信号处理方法研究

研究基于正交解调的科里奥利质量流量计的信号处理方法。提出了表示质量流量信号和噪声的传感器输出信号的模型，给出了求解信号频率、幅值和相位差的计算公式，研究了两种滤波方式，设计了两种信号处理的方案。仿真结果表明，该研究方法是有效的。     

绳系卫星系绳参数的实时估计方法

研究了绳系卫星在轨运动中系绳参数的实时估计方法.分析了现有的估计方法所存在的问题,引入三轴张力计的测量信息和扩展Kalman滤波方法,提出了系绳摆角在大角度变化时系绳参数的实时估计方法,并进行了详细的推导与论证.最后,通过仿真验证了上述估计方案和算法的有效性,且获得了较好的估计精度.     

基于改进遗传算法辨识空间机器人动力学参数

为了减小空间机器人动力学参数的误差,提高轨迹规划精度,根据空间机器人的角动量守恒方程,利用名义动力学参数估计角动量与真实角动量的差异,建立动力学参数辨识的误差模型,给出遗传算法的适应度函数.针对常规遗传算法容易出现"早熟"现象,采用小区间生成法、大变异策略和精英保留策略对其进行了改进.以六关节空间机器人为例进行的仿真结果表明,在参数复杂的情况下,采用改进后的遗传算法,计算效率和辨识精度均得到了提高。     

6063铝合金在不同应力状态下的变形及损伤行为

用平板拉伸、缺口拉伸、剪切试验结合断口形貌观察及有限元模拟等方法,对6063铝合金在三种不同应力状态下的变形及损伤行为进行了研究.结果表明:在不同应力状态下该合金的变形及损伤行为存在明显的差异,剪切时材料的断裂应变远大于平板和缺口拉伸时的,而缺口拉伸时材料的屈服强度及峰值应力大于平板拉伸时的;平板拉伸时试样为拉剪混合型断裂,断口由一定比例的韧窝和剪切平面组成;缺口拉伸时试样有明显的颈缩,断口以韧窝为主;剪切断口以剪切平面为主;损伤行为的有限元模拟结果与试验结果吻合较好.     

面向数字舞台表演的海龟机器人系统研制

针对所创作的机器人戏剧剧本,研制一套用于数字舞台表演的大型海龟机器人系统.该机器人由机械系统和控制系统组成,机械部分由4条3DOF模块化轻型腿、一套具有连续曲率的柔性脖子、龟壳开合装置和碳纤维框架组成,所有电机、电路板等机电部件安装于躯干中,通过同步带将电机的运动传递到外端,降低了悬臂部分的尺寸和质量,减轻了电机的负载.系统的控制部分由上位机及嵌入式控制器组成,分别提供顶层的人机交互和底层的关节实时控制功能.采用重心自调整的方法规划运动步态,确保多足运动的稳定性.经大量实验,研制、开发了样机,完成了机器人戏剧的公演,所研制的机器人可以完美地演绎戏剧角色,外形美观,惹人喜爱,表演效果极佳.     

Enhancing pose accuracy of space robot by improved differential evolution

Due to the intense vibration during launching and rigorous orbital temperature environment, the kinematic parameters of space robot may be largely deviated from their nominal parameters. The disparity will cause the real pose (including position and orientation) of the end effector not to match the desired one, and further hinder the space robot from performing the scheduled mission. To improve pose accuracy of space robot, a new self-calibration method using the distance measurement provided by a laser-ranger fixed on the end-effector is proposed. A distance-measurement model of the space robot is built according to the distance from the starting point of the laser beam to the intersection point at the declining plane. Based on the model, the cost function about the pose error is derived. The kinematic calibration is transferred to a non-linear system optimization problem, which is solved by the improved differential evolution (DE) algorithm. A six-degree of freedom (6-DOF) robot is used as a practical simulation example, and the simulation results show: 1) A significant improvement of pose accuracy of space robot can be obtained by distance measurement only; 2) Search efficiency is increased by improved DE; 3) More calibration configurations may make calibration results better.     

排爆作业机器人嵌入式半物理仿真系统

针对排爆机器人的作业需求,开发了一套由嵌入式系统及3D仿真平台组成的半物理仿真系统,对排爆机器人的典型操作任务——危险物探测、爆炸物处理等任务进行仿真实验.采用单片机开发排爆机器人的嵌入式控制系统,运行实际的轨迹规划与控制算法,并按真实的时序产生控制指令;采用VC和OSG软件开发3D实时仿真平台,该平台由动力学模型、系统3D几何模型、双目相机模型、传感器模型等组成,在一台PC机上运行;将嵌入式控制系统与3D仿真平台集成,进行典型工况的闭环控制仿真.仿真结果表明了该系统的有效性.     

基于舞台表演用海龟机器人四足协调步态规划

在所创作的机器人戏剧中,海龟机器人扮演着重要的角色,而四足协调步态是其完成舞台表演的关键。通过深入观测实际海龟的运动情况,分析其步态特点并总结运动规律,从仿生学的角度提出了基于生物启发的四足协调步态规划方法;推导了单腿的解析逆运动学方程,将腿部末端的运动轨迹转换为各关节的运动轨迹,为各关节的伺服控制器提供期望值;开发了基于Webots的动力学仿真系统,对所提出的方法进行了验证。最后,在所研制的海龟机器人样机上开展了四足协调步态的实验,结果进一步表明了所提方法的有效性。