刚性航天器的预定义时间滑模控制

针对刚性航天器在姿态跟踪控制中存在的系统不确定及外界干扰等问题,提出了一种预定义时间滑模控制器(PTSMC).首先,给出了以四元数为姿态参数的航天器姿态跟踪控制系统,利用误差四元数和误差角速度设计了预定义时间滑模面.然后,考虑了航天器系统的不确定性和外界干扰设计了一种非保守上界的PTSMC,并通过边界层技术降低了系统抖动.最后,通过设计Lyapunov函数,证明了所提出的控制器的预定义时间稳定性和系统收敛时间上界的非保守性.仿真结果表明,刚性航天器的姿态跟踪误差精度可达1.5×10-6 rad,角速度跟踪误差精度可达2×10-6 rad/s.与现有的预定义时间控制器相比,所提出的控制器的稳定时间上限是更加非保守的,与传统PD控制和非奇异终端滑模控制相比,所提出的控制器具有更高的跟踪精度和鲁棒性.通过3自由度气浮平台的姿态跟踪实验进一步说明了控制方案的有效性,其中角度跟踪误差小于0.1 rad,位置跟踪误差小于0.2 m.     

基于MARG传感器的长跑上肢姿态检测算法设计

随着可穿戴设备在运动健康领域的广泛应用,针对长跑运动姿态分析方面,本文基于四元数的乘性扩展卡尔曼滤波算法(MEKF)进行改进,利用MARG传感器采集长跑运动中的上身姿态,进一步完善了仅从足部姿态判断跑姿的方法。经实验分析,与一般方法相比,该算法提高了针对长跑姿态的检测精度,并且对错误的姿势动作给予矫正建议。     

民族体育教学中的特殊姿态校对视觉监控平台设计

为了发展民族体育、弘扬民族文化,现设计一款民族体育教学中的特殊姿态校对视觉监控平台。该平台由视觉监控模块与特殊姿态校对模块构成。视觉监控模块负责进行特殊姿态数据的采集、量化与传导,讨论了该模块中的MFC监控架构、数据传导通信指令结构、主要硬件连接模式以及数据的高阶低通滤波方法。特殊姿态校对模块用于接收视觉监控模块传导出的特殊姿态量化数据,其利用Processing语言建立GUI优化数据结算空间,通过四元数结算方法完成特殊姿态量化数据向欧拉角的转化,根据欧拉角判定规则确定特殊姿态是否需要校对,并标记校对点。实验结果表明,所设计平台的滤波效果好,监控误差小。     

腰部调整对仿猫机器人跳跃轨迹的作用分析

猫是一种灵巧擅长跳跃的动物,分析猫的跳跃,有助于启发改善跳跃机器人的机构,提高机器人跳跃灵活性。以家猫作为模本,提出了有腰部结构的仿猫机构模型,研制出仿猫机器人,利用动量守恒和拉格朗日方程,建立了机器人空中动力学模型。最后令机器人模仿一家猫跳跃过程中的腰部运动,观察机器人在空中不同情况下后脚尖的运动轨迹,得出结论机器人在空中的利用腰部进行姿态调整可以增加机器人越障高度,为机器人应对突发状况提供参考。     

基于惯性姿态参量量化融合的机器腿仿生步态控制

为了提高机器腿仿生步态控制的稳定性,提出一种基于惯性姿态参量量化融合的机器腿仿生步态控制方法。构造机器腿仿生步态的运动学模型,进行机器腿仿生步态控制约束参量建模,采用陀螺仪和加速度计等位姿传感器进行姿态参量采集。采用扩展卡尔曼滤波方法进行机器腿的惯性姿态参量融合并输入到时控制执行器中。针对未知扰动对机器腿步态参量控制的误差,采用自回归更新方法进行姿态参量误差反馈修正,实现机器腿仿生步态稳定控制。仿真结果表明:提出的方法对机器腿仿生控制的稳定性较好,姿态参量的定位跟踪能力较强,提高机器腿步行的稳健性。     

一种面向球姿态检测的图像透视畸变校正方法

针对球姿态视觉检测中图像的“近大远小”透视畸变问题，提出了一种面向球姿态检测的图像透视畸变校正方法。基于相机成像模型分析了透视畸变的特点及产生原因，根据已知的球体特征模型、相机标定技术和逆透视变换原理构建了图像透视畸变校正模型，进而实现球体任意姿态图像的透视畸变校正。实验结果表明，利用该方法测量直径60 mm以内的球体姿态时平均绝对误差低于0.6°，且该方法适用于工业生产中球体的其他视觉测量。     

基于控制变量参数化方法的自由漂浮空间机器人路径规划研究

针对自由漂浮空间机器人传统路径规划方法对基座卫星扰动较大的问题，提出了一种基于控制变量参数化的路径规划方法。该方法将路径规划问题转化成以基座姿态扰动最小为目标函数并满足一系列约束条件的最优控制问题，并采用控制变量参数化方法进行离散化处理，将最优控制问题转化成求解非线性规划问题，并给出了完整的理论收敛性证明，从而准确地估计出自由漂浮空间机器人末端执行器的最优路径。仿真结果表明，与传统的分解加速度方法相比，该方法得到的运动路径所引起的基座卫星姿态扰动为0.104rad，相比传统方法降低了17.53%，验证了所提路径规划方法的有效性与最优性。