柔性两轮移动机器人动力学建模及模型分析

针对两轮机器人腰部柔性的结构特点,以柔性多体系统动力学理论为基础,设计了柔性两轮移动机器人,并根据假设模态法,将其抽象为平面柔性三连杆系统,利用D'Alembert-Lagrange原理建立了柔性机器人的动力学模型,得到了以机器人本体的3个杆的倾斜角度和左右轮的转角为参量的系统动力学方程和系统腰部柔性连杆的振动方程.给出了数学模型推导的具体步骤,并对该模型做了仿真分析.结果表明,该模型为柔性机器人的运动及控制研究提供了理论依据.     

一种桌面机器人及其自主地图绘制算法

利用嵌入式技术设计了一种桌面机器人系统,机器人体积不到200 cm3,系统利用全局摄像机采集图像,通过无线通信组件对机器人定位导航,从而进行面向地图绘制的智能行为研究;从桌面机器人系统采集到地图信息,并生成神经网络训练样本,利用可增长自组织特征映射图GSOM(Growing Self-organizing Map)的地图绘制算法,通过不断增加新的神经元实现网络规模的增长,从而生成以少数SOM图神经元分布描述环境特征信息的拓扑地图;在机器人系统上进行了基于GSOM模型的自主地图的绘制实验,并利用所得拓扑地图进行了准确的机器人导航实验.实验结果表明基于GSOM的自主地图绘制方法可行,机器人系统表现出类似生物的自主智能行为.该方法可以应用于大环境下机器人的自主地图测绘与导航.     

基于非线性PID的柔性两轮机器人运动控制

柔性两轮机器人是一种不稳定、非线性、强耦合系统。该系统的突出特点是在机器人的腰部装有柔性的机体结构,能够更好地模拟人和动物的生物动力学特性,具有更好的仿生性质,同时,系统的控制难度显著增大,为使机器人能够平衡直立运动,且具有较强的鲁棒性,提出了非线性PD的姿态平衡控制方法,实现了机器人的姿态平衡,并同时设计了PID航向差动控制结构驱动左右轮电机,使机器人能够完成直线行进、自旋、环绕等多种运动平衡模式。实验结果表明,机器人具有优良的平衡能力和机动性能,从而验证了方法的有效性。     

BaO含量对K2O-B2O3-SiO2-Al2O3低温烧结材料性能的影响

在不添加熔融玻璃的情况下,采用一次预烧法制备了低温烧结的K_2O-B_2O_3-SiO_2-Al_2O_3复合材料,并系统地讨论了BaO含量对复合材料微观结构、物相组成、介电性能、弯曲强度和热膨胀系数的影响。X射线衍射结果表明复合材料的主晶相为石英相,次晶相为氧化铝相。除此之外,研究结果表明调整BaO含量有利于获得良好的烧结性能。当BaO质量分数为5%时,在850℃烧结的复合材料在14 GHz下的相对介电常数(ε_r)为5.42,介电损耗为3.6×10~(-3),热膨胀系数(TEC)为8.4×10~(-6)/℃,弯曲强度为158 MPa。这为制备新型的LTCC材料提供了一种有效的方法,具有广阔的应用前景。     

复杂环境下两轮自平衡机器人稳定控制研究

针对两轮自平衡机器人在控制过程中的抖动现象,采用一种快速跟踪的有限记忆递推最小二乘估计方法,实现系重心偏移角的参数辨识.仿真表明,在参数突然变化时,该方法能快速辨识系统参数.通过增加一个惯导元件,用一个倾角仪A中采集的数据辨识出的偏移角对另一个倾角仪B的零位进行修正,将B采集的数据反馈到控制器中,对机器人实施平衡控制.分析表明,考虑重心偏移的控制策略是一种自适应的控制方法,能有效去除抖动现象,提高两轮自平衡机器人平衡控制的鲁棒性.     

一种迷宫机器人的人工脑系统

提出一种迷宫机器人的人工脑系统,包括迷宫路标感知单元与行为决策单元.其中,感知单元基于ARTI神经网络,用于识别迷宫导向路标;决策单元基于行为概率实现矩阵,并以强化学习更新行动策略.机器人所在迷宫的特征为每个路口设有导向路标,路标为含噪声的符号图像.在仿真实验中,令机器人在迷宫中随机行走,通过调节人工脑系统的试验参数,经过一段时间的自主探索学习过程机器人能最终穿越迷宫.仿真实验结果表明,该人工脑系统能够自组织地理解迷宫中导向路标的含义,并引导机器人成功穿越迷宫.同时,该人工脑系统对于基于路标导航的城市巡逻机器人、高危复杂环境下的抢险机器人的研究发展有一定的推动作用.     

一种SPI接口的机车频率检测模块设计

针对机车控制中的频率检测电路复杂、检测信号不兼容、品质差的特点,设计了一种充分应用SPI接口技术的高效、低成本的频率检测功能模块。该模块应用隔直滤波和滞回比较电路实现频率信号调理,通过可编程逻辑器件实现频率计数和SPI数据传输功能。针对SPI传输带宽受限问题,设计了根据频率值自动切换T法或M法的频率采集算法和SPI传输的数据格式。通过仿真电路和真实电路实验分别验证了该模块的原理和性能,实验结果表明,该模块能够兼容检测过零、非过零频率信号,并且能够有效控制SPI传输的数据容量。     

仿生机械臂的小脑控制模型和仿真

提出了一种控制模拟仿生机械臂延伸运动的小脑学习模型.该模型在已知小脑结构的基础上,利用脊髓反射线路的伺服机制,将神经网络嵌入模拟哺乳动物运动的控制系统中,用以控制一个６肌肉块２关节的平面手臂,真正从生物学意义上实现了由Katayama和Kawato提出的并行分层控制的有关论述,并且证明能够迅速地学会精确轨迹控制.仿真结果表明,该小脑模型能够很好地学习不能由PDF＋F控制器所提供动态逆模型的相关内容,且具有较好的理想轨迹跟踪性能.     

两轮自平衡机器人系统设计、建模及LQ控制

设计一个以TMS320F2812DSP为控制核心、2个独立驱动的同轴直流电机为执行机构的两轮自平衡机器人,其姿态传感器包括倾角仪、速率陀螺和电机编码器。依据经典牛顿力学建立线性系统数学模型,采用LQR方法得到系统的反馈系数后,进行系统仿真实验和实际物理系统实验。实验结果表明,该系统的建模和控制器的设计是合理和有效的,且所设计的DSP控制程序可以方便的实现其他控制算法,并且可得到系统运行时各状态的值,为数据分析和传感器信号的处理提供方便。     

柔性双轮平衡机器人的动力学建模与分析

提出了一种柔性双轮平衡机器人,其机身具有以一段弹簧作为弹性阻尼的被动俯仰旋转关节．运用拉 格朗日方法建立了此机器人在平面运动的动力学模型．基于此模型,首先证明了柔性双轮平衡机器人在直立平衡点 不稳定和局部可控．其次,分析了关节刚度对线性二次型最优姿态平衡控制系统的影响．结果显示,关节刚度减小 在理论上能够加强系统的鲁棒性,却使得控制系统动态性能下降．本文提出的模型及相关分析为柔性双轮平衡机器 人的设计和控制提供了一定理论依据．