机器人在国际人道主义扫雷行动中的应用

1.引言 地雷是一种爆炸性武器,通常布设在地面下或地面上,当目标进入其作用范围满足其动作条件时,即自行发火或由人工操纵爆炸.我国是使用地雷最早的国家,其使用历史可追溯到唐代,宋代由生铁铸成的震天雷已得到广泛使用,在明代中期就有了触发地雷的应用.     

WPF技术在无人机地面控制站中的应用

新一代Windows呈现基础(Windows Presentation Foundation,WPF)技术以其丰富的界面表现力和功能扩展能力而备受瞩目,并广泛应用于图形处理和界面设计上。针对某小型无人机,在地面控制站的设计中应用了WPF技术。分析了当前国内无人机地面站设计中的不足和WPF技术相对于传统技术的优势。针对国内无人机地面站发展的技术特点,详细探讨了WPF技术在无人机地面控制系统关键领域中的设计。在WPF的视频处理上,创新性地融入了Direct Show图像视频处理技术。通过飞行仿真系统测试以及野外试飞试验,验证了应用WPF技术所设计地面站系统满足无人机地面站的功能需求。     

基于人工势场与IB-LBM的机器蛇水中2D避障控制算法

为了提高多冗余度、多自由度机器蛇水下环境运动适应能力,提出了基于人工势场与IB-LBM （immersed boundary method-lattice Boltzmann method）相结合的机器蛇水中2D智能避障算法.首先,采用格子Boltzmann方法描述2D水中障碍模型、构造统一形式.然后,运用浸入边界法,结合现有的蛇形曲线运动方程,在计入人工势场法引力和斥力作用的情况下,推导得到机器蛇2D水中避障模型.之后,通过改变障碍影响距离、机器蛇摆动振幅、摆动频率、障碍点斥力增益系数、雷诺数以及目标点引力增益系数等重要参数,研究机器蛇在不同情况下的避障效率和避障安全性.最后,通过多次仿真求取各项参数的最优值.仿真结果表明,在各项参数都最优时,该算法能使机器蛇快速、安全、有效地避开水下复杂环境中的静态障碍而到达目标点.该方法不仅能够充分研究机器蛇在水中的流固耦合特性,获得实时避障效果,而且能够利用已知的环境信息生成最优路径.     

蛇形机器人跟踪误差预测的自适应轨迹跟踪控制器

为了满足蛇形机器人轨迹跟踪运动的精度需要,消除外界干扰对机器人跟踪误差的影响,提出了一种蛇形机器人跟踪 误差预测的自适应轨迹跟踪控制器。 所提出的控制器实现了机器人干扰变量、摩擦系数和控制参数的预测,并用预测值和虚拟 控制函数来补偿系统的控制输入,抵消了蛇形机器人在轨迹跟踪过程中的侧滑角,避免了干扰变量对机器人带来的负面影响, 提高了轨迹跟踪的误差稳定性与控制精度。 在建立蛇形机器人模型后,利用积分形式的侧滑角补偿项改进了视线法,并设计了 蛇形机器人的自适应轨迹跟踪控制器。 使机器人的位置误差在 10 s 内实现收敛,角度误差小于 0. 03 rad,预测值误差在 5 s 内 收敛。 通过仿真实验,验证了所提出的控制器的有效性和优越性。     

基于改进蛇形曲线的蛇形机器人在流场中避障的轨迹跟踪控制律

针对蛇形机器人在流场中各关节之间的轨迹跟踪问题,研究一种基于改进蛇形曲线的蛇形机器人在流场中避障的轨迹跟踪控制律.首先,考虑流体环境可能施加在蛇形机器人系统上的外部干扰,采用浸入边界-格子Boltzmann方法(IB-LBM)在流场中建立障碍通道和蛇形机器人的流固耦合模型.然后,对蛇形机器人加入势函数,使其可以避开障碍;并采用改进的蛇形曲线方程使机器人尾部各关节跟踪头部的运动轨迹.最后,通过Matlab仿真和实验,研究不同流场密度、机器人尾部摆动频率以及流场雷诺数等参数对蛇形机器人轨迹跟踪的影响.理论分析和数值仿真表明,所设计的轨迹跟踪控制律不仅可以使蛇形机器人在遇到障碍时各关节跟踪前一关节的运动轨迹,而且还能使横向距离、纵向距离及方向角趋于稳定,达到有效避障的目的.此外,蛇形机器人在离开障碍通道后,各关节可以恢复蛇形曲线的运动形式,为蛇形机器人提供源源不断的前进动力.仿真和实验结果验证了轨迹跟踪控制律的有效性.     

基于参数估计的四旋翼无人机自适应鲁棒路径跟随控制器

为提高四旋翼无人机的路径跟随精度和飞行鲁棒性,提出一种基于参数估计的四旋翼无人机自适应鲁棒路径跟随控制器。该控制器能够自适应估计无人机模型中的陀螺效应因子和风阻系数,利用估计值补偿系统的控制输入,设计抗干扰项抵消外界环境的负面影响,提高了四旋翼无人机的路径跟随性能和抗干扰能力。建立四旋翼无人机的非线性力学模型,将无人机的路径跟随目标划分为姿态角目标和运动位置目标。利用反步滑模方法和自适应控制方法设计无人机的控制输入方程和估计值更新律。根据Lyapunov方法验证无人机姿态系统和运动位置系统的渐进稳定性。仿真实验和样机实验结果验证了所提控制器的有效性与优越性。     

一种基于分块灰度投影运动估计的视频稳像方法

提出一种基于分块灰度投影运动估计的视频稳像方法,该方法首先对图像划分子区域, 依据灰度梯度对子区域进行筛选,剔除容易导致错误运动估计的低对比度子区域,在减少运动估计运算量的同时提高了运动矢量估计的精度;然后对保留的子区域进行灰度投影及相关运算获得局部运动矢量,根据图像帧间运动模型由局部运动计算出图像的全局运动矢量;最后根据运动补偿矢量对图像进行补偿,以获得稳定的图像序列。分块灰度投影运动估计算法有效解决了投影法存在的前景局部运动影响全局运动估计精度,以及无法估计旋转运动问题。实验结果表明,相比于传统灰度投影算法,该运动估计算法提高了运动估计的准确性和实时性。     

基于Recurdyn的蛇形机器人的蜿蜒运动仿真

提出一种由九个关节组成的蛇形机器人,研究了该蛇形机器人的蜿蜒运动机理,在多体系统动力学仿真软件Recurdyn中建立了蛇形机器人的运动模型,并对蜿蜒运动时各关节角函数进行了设置.通过在Recurdyn软件的仿真环境中添加各种驱动,设定运动函数,对关节角函数对蛇形机器人前进速度的影响进行了仿真验证.结果表明,提出的蛇形机器人能够完成预定的蜿蜒运动.     

基于星球机器人分布计算系统的原子组播协议

针对星球机器人分布计算系统容错的可靠组播通信,提出了一种基于向量时间的原子组组播协议.协议从星球机器人分布计算系统及通信模型的特点出发,使用向量时间和令牌进程来标识和保证全局投递顺序,通过令牌进程对不稳定消息的转发和两阶段提交来保证投递原子性和虚同步.模拟实验表明,协议提供了一个代价较小的可靠组播方法,具有快速和轻量的优点.     

基于MSC121x芯片高精度的温度信号采集与控制系统

MSC121x是一类新型的集成数字/模拟混合信号的高性能微处理器芯片,它内部集成了一个24位高分辩率的∑-△型A/D转换器、 8通道多路开关、输入缓冲器、可编程增益放大器和可编程滤波器等功能模块.本文以MSC121x芯片为核心,设计了一套高精度温度信号采集与控制系统,以实现对系统温度的恒定控制.