基于PS-RRT算法的机械臂避障路径规划

针对应用快速搜索随机树（RRT）算法进行机械臂路径规划时,存在采样区域大、有效区域小、路径冗余节点多、剪枝时间长等问题,提出一种基于分区动态采样策略和重复区域节点拒绝机制的高效RRT路径规划算法PS-RRT（partitioned sampling RRT）。首先,通过PS-RRT快速规划机械臂末端初始路径;其次,分段检测机械臂跟随该路径时的连杆碰撞情况,对碰撞路段进行带臂形约束的第二次规划;最后,将初始路径和第二次规划的路径拼接后进行路径裁剪。将所提方法在多种场景中进行仿真验证,结果表明：基于PS-RRT算法的机械臂避障路径规划策略使得无效节点数大幅减少,可高效规划出机械臂的无碰路径,验证了算法的可行性。     

一种基于加权LS-SVM的复合辨识方法

针对采用含随机噪声的数据进行非线性动态系统建模无法获得准确模型参数的问题,提出了一种基于加权最小二乘支持向量机(LS-SVM)数据预处理的复合辨识方案.复合辨识方案根据数据的分布信息,利用加权LS-SVM对异常数据的鲁棒性,通过回归计算消除数据的异常性;再利用预处理后的数据训练补偿模糊神经网络参数,得到系统模型.结果表明,采用加权LS-SVM预处理的复合辨识方案运用在普遍存在随机噪声的系统中,能获得更加准确的辨识模型.     

多轴亚微米级平面定位台的滑模观测器无传感控制

针对Sawyer电机驱动的平面定位台的多轴精密定位问题(X、Y和θz轴),提出了一种新的部分无传感控制方法。用激光干涉仪检测定位台一个方向上的平移运动和摆动,并构建相应的闭环控制;同时,应用滑模观测器估计另一个方向上的平移运动并构建对应轴的闭环控制。在此基础上,通过实验从开环控制、多轴全闭环控制及部分无传感控制三方面对比了定位性能。实验结果表明:采用部分无传感控制,多轴平面定位台的重复定位精度达到亚微米(0.25μm)级;部分无传感控制下的动子行程与开环控制相同(X轴300mm、Y轴300mm),远大于基于多轴位置传感的全闭环控制下的动子行程(X轴100mm、Y轴100mm);获得的结果可满足应用设计要求。     

从AlphaGo到BetaGo——基于任务可完成性分析的定性人工智能的定量实现

AlphaGo程序利用深度学习算法和蒙特卡洛树搜索算法在围棋领域取得了突破性进展,用定量分析技术实现了围棋这一传统定性式的任务.此次突破,实现了对定性人工智能的定量研究,这对人工智能体的研究具有重要借鉴意义.对于人工智能体而言,执行任务前需要考虑任务的可完成性,对下棋任务而言,任务目标是取得胜利,因此,本文先从任务可完成性角度出发,分别从特征完备性、表征空间构建及基于表征空间的搜索角度分析AlphaGo程序.其次,人工智能体在任务完成过程中,不可避免地受到各种扰动的影响,对AlphaGo而言,本质是对人下棋过程的建模,因此,本文从抗干扰的角度出发,分析了AlphaGo的缺陷.再者,人工智能的研究是人类用科学技术的方式模拟大脑活动的过程.AlphaGo所体现出的围棋思想与人类棋手的围棋美学之间的差异,也是定量分析与定性描述之间的差异.因此,本文从美感评价角度对AlphaGo进行了分析和展望.通过上述三个角度,本文诠释了AlphaGo程序所包含的原理以及对定量化分析定性人工智能体研究的借鉴意义.本文认为,AlphaGo虽然取得了里程碑式的进展,但在定性描述(如:美学,艺术)以及系统未知扰动方面仍存在大量问题值得研究.人工智能的跨越式发展,即从Alpha级别提升至Beta级别,应该包含对事物定性分析的能力.最后,希望人工智能算法的研究工作者通过本文能更关注于挖掘定性描述与定量分析之间的关联,并进一步将人工智能算法提升至BetaGo乃至更高.     

针对包含狭窄通道复杂环境的高效RRT*△路径规划算法

针对RRT*算法在狭窄通道等复杂环境产生大量节点和收敛速度慢的问题,提出一种基于多种启发式策略和强化节点机制改进的高效RRT*路径规划算法(heuristic node enhancement informed RRT*,HNEI-RRT*).该算法首先采取组合启发式采样策略,快速找到初始路径之后在启发式子集内完成采样;同时提出启发式节点拒绝策略,拒绝不满足预设条件的节点参与后续扩展;其次,该算法提出强化节点机制,扩大节点蕴涵的信息,提高节点利用率.在各种障碍物分布和狭窄通道的复杂环境中的仿真结果表明,HNEI-RRT*算法的节点数量、收敛时间相比其他五类RRT*改进算法更少,验证了该算法能够节省内存花销的同时有效提高收敛速度.     

光斑跟踪测控系统的研究与实现

基于事件驱动的队列状态机,开发一套光斑跟踪计算机测控系统。在光路末端使用CCD相机完成激光光斑图像采集的基础上,对光斑图像进行边缘检测,利用重心法解算出光斑质心坐标;将光斑质心坐标与理想标定点之间的偏差转化为控制信号,发送至四路电机,驱动光路中两台反射镜动作,实现对标定点的跟踪。实验结果表明,该系统运行可靠,能通过调节边缘检测算法中的高低阈值,适应不同强度的光源,准确解算出光斑质心,完成对标定点的有效快速跟踪。     

采用动态扭矩传感器的双电机同步性能检测系统

针对目前对于双电机同步性能测试存在的问题,提出了一种采用动态扭矩传感器的测试方法.对双电机的转速同步性能进行检测,以保证某型转台精确稳定地运行.介绍了动态扭矩传感器的原理,并对其进行了建模分析,证明了该方法的有效性.在除振台上直接搭建测试系统,通过分析测试中所采集的波形对双电机同步性能进行检测.这套系统提高了检测的可行性,降低了虚拟平台仿真的复杂性,实现了对反映双电机转速同步性能波形的实时采集.通过实验证明该系统具有很强的实用性和可靠性.     

用于丝驱动连续体机器人的实用运动学研究

针对单段及多段连续体机器人运动学问题,提出分段常曲率与粒子群算法相结合的完整正逆运动学分析方法.以双段丝驱动连续体机器人为研究对象,首先设计含平移段的机器人样机;然后利用分段常曲率方法建立驱动空间与关节空间的相互映射,根据齐次变换得到关节空间至工作空间的正映射关系;最后利用线性递减权重粒子群算法实现工作空间至关节空间的逆映射.对双段连续体机器人的运动学进行仿真及逆运动学求解耗时测试,并在研制样机上进行了实验验证.仿真结果说明了所提运动学研究方法的合理性及逆运动学求解的快速性,实验结果显示位置平均误差小于双段连续体机器人本体长度的6.22％,验证了所提运动学的有效性.     

基于逆运动学的柔性机械臂末端定位控制

针对具有形变特性的柔性机械臂,在运动过程中存在末端不易定位控制或定位精度低的问题,设计了一种线驱动柔性机械臂样机,通过分析其运动机理推导末端位置空间、臂体形态空间以及驱动空间三者之间的逆运动学关系;然后,提出了基于逆运动学模型的柔性机械臂末端定位控制方案;最后,利用CoppeliaSim仿真平台建立了柔性机械臂仿真模型,并在该仿真平台中应用逆运动学关系进行柔性机械臂运动控制过程中末端定位仿真分析,仿真结果验证了所建立逆运动学模型的有效性及基于该模型的柔性机械臂末端定位控制方法的合理性.     

基于EKF永磁同步电机无传感直接转矩控制研究

为了解决传统永磁同步电机直接转矩控制中磁链估算需要知道转子初始位置、纯积分导致的直流偏置以及机械传感器的引入导致系统鲁棒性降低等问题.这里提出了一种基于扩展卡尔曼滤波器的PMSM无传感控制方法.选择易检测的定子电压电流为输入输出变量,以d-q坐标系下定子磁链、转子转速和位置为状态变量,应用EKF(Extended Kalman Filter,EKF)算法来实现状态的准确估算.仿真表明,该方法克服了DTC定子磁链计算过程中的直流偏置和严格初值要求等问题;避免了直接以电机定子磁链为状态变量带来的磁链相位移动的问题和以定子电流为状态变量引起的多解问题;能对状态变量进行准确的估计,提高了PMSM-DTC系统性能,实现了一种高性能PMSM无传感控制.