一种轮腿复合型机器人的步态研究与越障性能分析

为实现地面移动机器人在复杂地形下的环境探索需求,结合轮式机器人的高速特性和足式机器人对地形适应性强的特征,提出一种轮幅型轮腿复合型机器人,并针对其在移动过程中的振动问题以及爬梯过程中的越障问题,对机器人进行步态研究及性能分析。从静力学分析中得出机器人轮腿结构以不同姿态着地时的受力情况,结合实际情况中机器人运动约束对机器人在前进、转向和越障等任务中的步态进行分析,并基于动力学仿真ADAMS软件建立动力学模型来模拟机器人不同步态下的振动情况以及越障性能。研究结果表明,结合本文提出的步态控制方法,该轮腿复合型机器人在复杂地形环境中具有较好的行进效率和越障能力。     

北京2022年冬奥会和冬残奥会火炬传递机器人

面向北京冬奥会对机器人跨域火炬传递的需求,研发水陆两栖机器人、水下变结构机器人、空中飞行机器人、地面机器人、冰雪面六足机器人和助力外骨骼机器人等6型面向火炬接力的系列机器人,利用这些机器人可在地面、空中和水下完成火炬传递。最终,根据北京2022年冬奥会火炬接力路线方案的调整,将水陆两栖机器人、水下变结构机器人和水下特种火炬应用于北京2022年冬奥会火炬传递活动中,实现了奥运史上首次机器人与机器人之间的水下火炬传递;助力外骨骼机器人应用于北京2022年冬残奥会火炬传递活动中,残疾人代表使用下肢助力外骨骼进行了火种汇集,两位残疾人火炬手分别借助上肢和下肢助力外骨骼机器人一起进行了火炬传递,传递出“科技改变生活”的理念,体现出“技术温暖人心”的精神。     

基于PCA和三元组的非封闭点云轮廓特征提取方法研究

针对RGB-D相机获取的物体非封闭点云轮廓特征点和特征线提取不完整的问题,提出了一种基于主成分分析法(PCA)和三元组的轮廓边界提取方法。该方法包括2个步骤:特征点检测和特征线提取。在特征点检测中,通过对邻域点集进行主成分分析,利用采样点曲率和法向夹角双参数判定棱线特征点;根据边界点局部邻域在第二主成分上的分布特点,提出了一种边界检测算子,用于外边界特征点检测。最后,采用三元组聚类方法进行特征线提取。实验结果表明,该方法可以有效地检测非封闭点云模型的轮廓特征点,并分离和提取出目标轮廓曲线,且具有较高的精度。     

基于二跳共同邻居的无人机群体网络演化算法

无人机集群在执行任务过程中所面临的干扰,对集群通信网络的可靠性提出了新的挑战.针对这一问题,提出了能够同时反映网络非均匀性与节点之间相似性的二跳共同邻居指标.基于该指标,使用链路预测研究方法,考虑网络初始化阶段与网络维护阶段,提出了LPTCN无人机集群网络演化算法.从数学分析与仿真实验两个方面对算法的有效性进行验证,结果显示,使用LPTCN网络演化算法所构建的无人机集群通信网络具有良好的生存性和抗毁性,在随机攻击和蓄意攻击情况下均能保证通信网络的可靠.     

基于网络流的嵌入式互联网中流量控制与优化

针对嵌入式互联网中实时应用的受限问题,本文提出优化网络资源,平衡网络流量的解决问题思路.基于此,采用图论中的最大流最小割定理,在最小物理网络拓扑结构中构建流量控制模型,并提出一种动态离散粒子群优化算法(DDPSO). DDPSO通过优化模型中的最大流函数继而优化控制网络流量.仿真实验证明:本文提出的DDPSO算法在定义域内具有较好的收敛性;当采用分级优化策略优化控制网络流量时,本文提出的优化策略可以有效优化网络流量,充分利用网络资源,以保证实时应用要求.     

基于复杂网络映射的房颤脉检测

为了探索脉搏波中蕴含的复杂性及简便快速地检测心房颤动,结合中国传统医学中“房颤脉”的概念,设计了一种基于复杂网络的房颤脉检测方法。将光电容积脉搏波的时间序列按可视图法映射成复杂网络,将平均心率与复杂网络的度分布作为支持向量机的输入,基于高斯径向核函数设计了二分类的支持向量机。针对阵发性房颤患者的实验表明,这种方法可以有效地分辨病人的发病状态和正常状态。     

基于感知源的数据驱动信任评测模型

为解决物联网数据源头的可靠问题,构建一种基于感知源的数据驱动信任评测模型.模型以监测模块为评测单元,由中继节点完成其所在监测模块内感知节点的信任评测,通过感知节点自身数据之间的关系实现直接信任的计算,利用监测模块内各邻居节点之间关系实现推荐信任的计算,再结合历史信任,输出感知节点的综合信任.同时与模型预设的可疑阈值和异常阈值进行对比,更新历史信任和信任列表,实现感知节点的异常检测,利用预警检测误差和失信检测误差对模型的检测效果进行评价,统计结果表明模型能够保持较低的平均误差.将信任机制引入到数据融合过程,用综合信任作为加权因子,从而提高了数据融合的准确度.最后,通过实验仿真对信任评测模型进行评价,结果表明引入信任评测模型后延长了节点开始死亡的时间,随着节点的更新迭代,失信节点越来越少,在一定程度上提高了节点的存活率,延长了网络的生命周期.     

基于合作目标的无人机目标跟踪方法

无人机与地面排爆机器人组成空地系统协同作业,可以大大提高排爆机器人的作业效率和作业能力.针对此问题,提出一种可用于空地系统的无人机目标跟踪方法.首先,利用视觉算法对地面目标进行识别和定位,并利用动态置信窗口减小搜索面积.对于高机动性造成的目标短暂消失导致跟踪失败的问题,利用卡尔曼滤波算法对目标位置进行滤波和运动预测,并提出一种自适应串级PID(比例-积分-微分)算法进行无人机飞行控制,实现对动态目标的实时跟踪.最后,设计了机体倾斜补偿算法来解决环境干扰造成的降落误差较大的问题,实现无人机的精准降落.搭建了地面机器人和无人机组成的空地系统进行实验,结果表明该系统能可靠地完成各部分任务,验证了所设计算法的有效性.     

六轮摇臂移动机器人结构设计与越障动力学研究

为提高移动机器人在复杂地形环境中的越障性能，提出一种被动式越障的六轮摇臂移动机器人。针对爬台阶问题对机器人的越障性能进行研究，从几何条件分析得到机器人不发生底盘托底现象时结构参数与越障高度之间的关系，并分析机器人的关键越障过程，建立了前轮、中轮、后轮的越障动力学模型，根据动力学模型分析机器人速度、加速度、附着系数以及重心位置等因素对轮毂电机输出转矩的影响。基于样机实验与ADAMS仿真软件验证了机器人的通过能力，并得到了机器人轮毂电机的输出转矩曲线，指导电机选型。研究结果表明，针对爬台阶问题，该机器人具有良好的通过能力，为提高机器人在复杂地形中的越障性能提供了设计参考。     

双七自由度臂防碰撞协同控制算法研究

针对仿人双机械臂协同运动规划中防碰撞的核心问题,提出了一种双冗余机械臂防碰撞算法。建立有向包围盒(OBB)模型,结合基于单纯形退化的改进吉尔伯特-约翰逊-基尔特(GJK)算法,计算包围盒两两之间的距离,依照距离大小判断自碰撞发生的可能性。基于牛顿-辛普森迭代法计算出机械臂满足指定末端位置要求的逆解,然后进行基于包围盒欧氏距离的改良五次多项式插补以生成末端运动轨迹。实验结果表明,该套控制系统可以灵活地进行协同工作,完成包含插拔火炬钥匙、火炬传递相关动作在内的各项任务,且在协同工作过程中可以有效避免发生碰撞。