履带式管道机器人及侧倾问题的研究

本文探讨了几种典型管道机器人的行走机理，介绍了我所研制的履带式管道机器人系 统结构，研究了管道机器人的侧倾问题．  

仿生型机器人眼球运动控制系统建模

首先，分析了人眼眼球运动的特点和形式．然后，在人眼解剖学和生理学研究的基础上，根据控制眼球运动的神经回路，建立了可实现人眼功能的仿生型机器人眼三维眼球运动控制系统的数学模型．在与生理学试验相同的条件下对该模型用Matlab 65进行了仿真实验，仿真结果与生理学实验结果对比表明，该模型能自适应地实现人眼的平滑追踪、前庭动眼反射、视动反射及其复合运动．  

虚拟环境中微加速度传感器建模及拟实运行

对虚拟环境中微加速度传感器建模及拟实运行进行了研究.此微加速度传感器采用悬 臂梁式结构.论文分析了其静态特性和动态特性,建立了悬臂梁变形模型和微加速度传感器动 态行为模型;讨论了在修改结构尺寸过程中,梁长、梁厚对微加速度传感器的影响,并优化了结 构参数;最后建立虚拟环境,进行拟实运行,验证设计结果.  

无人飞艇的基于计算机视觉导航和预设航线跟踪控制

小型无人飞艇在反恐防暴、灾难监控、大气监测、广告、航拍、交通监控、应急通信中继平台等很多方面都有广阔的应用前景.这些应用都要求飞艇具有自动跟踪预设航线的能力.因此，本文提出了基于计算机视觉导航和优化模糊控制的策略来实现预设航线的自动跟踪.文中首先详细介绍了基于自然标志的视觉导航原理，无人飞艇机载视觉系统通过跟踪这些特征点——易在图像处理中识别的自然标志，例如城市中的高层建筑物，再结合数字地图或GIS，获取它们的位置和几何特征信息，利用针孔模型成像的几何关系解算出飞艇的位置和方向；接着根据无人飞艇的动力学特性，设计了以视觉导航获取的飞艇位置和方向信息作为输入的模糊飞控系统，并用GA算法优化了模糊控制器的成员关系函数.最后进行了验证和分析.  

基于眼球前庭动眼反射的机器人视觉误差主动补偿方法

针对机器人在颠簸环境下作业过程中产生姿态变化从而导致的视觉不稳定性问题,基于眼球前庭动眼反射的机理,提出一种主动补偿视觉误差的方法.在生理学和解剖学的基础上,根据眼球运动的神经回路,建立了一个具有自适应性的前庭动眼反射控制模型.为了验证模型的性能,在不同的环境中进行了仿真实验,仿真结果表明该模型可以主动补偿机器人姿态变化所引起的视觉误差,并且具有良好的自适应性.最后,通过实体机器人实验验证了该控制模型的有效性与准确性.  

基于参数优化的球面并联机构仿生眼设计

首先确定仿生眼的目标工作空间，根据其结构的特殊要求，将目标工作空间内最差性能指标作为优化 对象，选取球面并联机构的结构参数．避免了将平均性能指标作为优化对象时可能出现某些姿态的性能较差甚至出 现病态雅可比矩阵的情况；同时，只在目标工作空间而不是可达工作空间进行优化，既体现了优化范围的针对性， 也避免了可达工作空间的计算．最终采用优化后参数设计的仿生眼实物符合设计要求．  

一种混合驱动柔索并联仿生眼的轨迹规划

在与眼球运动相关的解剖学和运动学的基础上，设计了一种符合Listing定理的基于混合驱动柔索并联机构的3自由度机器人仿生眼。通过矢量封闭方法建立了逆运动学模型，求解出柔索并联机器人的雅可比矩阵和结构矩阵。利用达朗贝尔定理建立柔索并联机器人的力矩平衡方程组，采用广义逆矩阵的相关理论，以柔索张力矢量的2范数最小为目标进行张力优化。用蒙特卡洛方法计算出仿生眼球可达工作空间。最后，在Simulink环境下进行仿真，规划运动轨迹并得到柔索并联机器人运动特性的仿真结果，证明了本文设计的机构符合Listing定理。结果表明：基于混合驱动柔索并联机构的机器人仿生眼结构合理，数学模型正确。  

微操作机器人系统拟实环境的建模与实现

建立微操作机器人的拟实环境结构, 应包括微操作环境的建模、微操作工具的建模及模型叠加三部分; 本文就微操作环境的建模与实现和微操作工具的建模与实现这两部分的关键技术: 图像传输、虚拟微操作器的生成、虚拟显微镜、虚拟成像过程及虚拟控制器给出了实现方案, 并在基于微机的硬件结构和VisualC ++及OpenGL组成的软件环境里, 得到了虚拟微操作环境和虚拟微操作工具的动态模型.  

无人艇航迹跟踪GPC-PID串级控制

水面无人艇(unmanned surface vehicle,USV)系统存在有大惯性、长时滞、非线性、难以建立精确模型等问题,易受海浪等外界干扰的影响,采用传统的PID控制难以达到良好的航迹跟踪控制效果。为了实现更好的控制效果,基于广义预测理论,将其与PID控制相结合,设计了GPC-PID串级控制器,分别控制无人艇的转艏运动和操舵运动,并采用分离式控制方案,通过航向控制间接实现无人艇的航迹跟踪控制。从matlab仿真实验结果可以看出,GPC-PID控制器具有良好的航向控制与航迹跟踪控制效果,具有响应速度快,控制精度高,鲁棒性好,抗干扰能力强等优点。  

一种双目视觉传感器的快速自标定方法

为克服传统的立体视觉传感器标定过程繁琐、不适应现场操作等弱点，提出一种基于本质矩阵求解的双目视觉快速自标定方法。该方法离线标定摄像机的内部参数，通过双目匹配的对应点，线性求解双目视觉的本质矩阵，快速地得到双目视觉传感器的各个外部参数。实验结果表明，该方法在精度上与传统标定方法相当，且标定过程快捷、方便，适合现场标定操作。