架空线移动机器人行走越障特点

面向电力巡检及维护作业任务需求,以电力输电线路为对象,分析了架空线移动机器人运动环境的特点,对典型架空线移动机器人行走越障过程的特点以及质心调节的影响情况进行了分析,探讨了机器人质心调节方法.提出了一种新型双臂四轮机器人结构以及被动适应的手臂方案,并提出了一种主被动结合的运动协调控制方法.提出的方法在巡检机器人系统中得到了实际应用,实验室模拟线路及实际线路的运行情况表明了机器人系统设计的合理性以及所提出方法的有效性.     

钢结构建筑探伤机器人刚柔耦合空间位姿解析与实验研究

针对传统钢结构建筑健康监测中存在检测盲区和检测不全面的问题,研究了磁吸附式刚柔耦合柔性探伤机器人并对其控制系统进行了改进．建立了柔性机器人前、后车体位移和姿态运动学数学模型与机器人刚柔耦合结构位姿解算方程,通过惯性测量单元和编码器获取柔性探伤机器人前、后车体实时动态位姿参数,分别采用显性互补滤波器和扩展卡尔曼滤波器解算前、后车体在不同工况中的静态、动态姿态,利用航迹推算算法确定机器人的位置,通过数据融合得到柔性机器人刚柔耦合结构的空间位姿．实验结果表明,扩展卡尔曼滤波算法的动态跟踪性能更好,可为柔性探伤机器人在复杂建筑结构越障运动中提供精确的空间位姿参数．     

基于STM32的智能平衡车自动刹车设计

介绍一种以STM32为控制核心的两轮智能平衡车自动刹车设计。利用超声波传感器对前方障碍物的距离进行测量,利用陀螺加速度计监测角速度和车体倾角并对平衡车的姿态进行监测。经过对车体倾角进行卡尔曼滤波,当距离和速度达到触发条件,步进电机利用滤波后的数据调节车速,使车体保持动态平衡。实际测试结果表明,该装置很好地实现了自动刹车和自动调整平衡的功能,具有较强的适应性和稳定性。     

基于多传感器的机器人遥操作人机交互系统

为了增强机器人人机交互系统的自然性,提出了基于多种传感器的非接触式人机交互系统设计方案,系统通过检测操作者手部动作和手部位置姿态的变化实现机器人的遥操作。研制了肌电传感器,获取手臂上一对拮抗肌上的表面肌电信号,并以此来判断机器人操作者的部分手部动作;利用Kinect体感设备和惯性测量单元获取手臂三维位置和姿态角信息。通过网络将人手的动作及位置姿态发送至机器人控制系统,以完成对机器人的控制。系统综合多种传感器的优点,极大减小了传统接触式交互方式对操作者运动范围的限制,实现了自然交互,实验表明了其有效性。     

基于零力矩点预观控制的在线步态规划

提出了一种基于零力矩点(ZMP)预观控制的仿人机器人在线步态规划方法。参照仿人机器人的ZMP表达式,将水平角动量引入机器人的桌子-小车模型表达式,对其进行了扩展;基于扩展桌子-小车模型并结合预观控制理论,在线完成机器人的步态规划。为了提高机器人步行的稳定性,将髋关节轨迹的优化问题转化为质心轨迹的调节问题,构造预观控制器对机器人的质心轨迹进行校正,实现机器人的步态优化。仿真结果表明了所用方法的有效性。     

基于零力矩点预观控制的在线步态规划

提出了一种基于零力矩点(ZMP)预观控制的仿人机器人在线步态规划方法。参照仿人机器人的ZMP表达式,将水平角动量引入机器人的桌子-小车模型表达式,对其进行了扩展;基于扩展桌子-小车模型并结合预观控制理论,在线完成机器人的步态规划。为了提高机器人步行的稳定性,将髋关节轨迹的优化问题转化为质心轨迹的调节问题,构造预观控制器对机器人的质心轨迹进行校正,实现机器人的步态优化。仿真结果表明了所用方法的有效性。     

可重构机器人越障运动的规划

提出一种新型的可重构机器人,该机器人在受一个驱动力矩的作用时,在不同约束下表现的输出形式不同. 利用机构这一特点,实现了机器人移动中的自主越障运动．主要针对机器人越障运动中越障高度受导轮和手臂影响的问题,提出一种借助环境同时改变手臂姿态的越障规划方法,有效地提高了越障的高度．通过试验样机验证了规划方法的有效性．     

基于视觉的动态手势识别及其在仿人机器人交互中的应用

手势识别是人和机器人交互中的重要组成部分，本文针对双目视觉系统SFBinoeye实 现了基于光流PCA(主分量分析)和DTW(动态时间规整)的命令手势识别，用以控制仿人机器人 SFHR的手臂运动．利用块相关算法计算光流，并通过主分量分析得到降维的连续投影系数， 与手掌区域的质心位置组合为混合特征向量．针对DTW定义了新的加权距离测度，并用它对 手势进行匹配识别．针对9个手势训练和识别，识别率达到92.4%，并成功地应用于机器人的 手臂控制中．     

面向变高度连续台阶的双足欠驱动步行稳定控制

针对欠驱动双足机器人在已知变高度台阶上的稳定控制,提出了一种基于自适应前馈算法的稳定步行控制策略．首先,考虑地面变形,将地面等效为“弹簧-阻尼”系统,并建立“机器人-台阶”耦合动力学模型．其次,将“机器人-台阶”这一“多输入-多输出”模型简化为由质心位移和速度构成的“单输入-单输出”模型．然后,使用变坡度斜坡等效变高度台阶,根据台阶高度确定等效斜坡倾角和机器人理想步长;同时引入自适应控制系数,并根据等效斜坡倾角调整该控制系数,实现质心对参考速度的跟踪．最后,在台阶高度变化小于0.032 m的环境中进行数值仿真试验,验证控制策略的有效性．仿真结果表明：本文提出的控制策略可以实现已知变高度台阶上的稳定步行．     

基于空间几何方法的乒乓球机器人最优姿态求取

首先分析了仿人机器人手臂的空间几何构型,特别是针对在给定任务下末端执行器的姿态约束不完整的情况.并在此基础上,以机器人手臂的整体动能最小为目标,优化球拍绕其法线方向的旋转角.同时从整个机器人手臂动能的方面对机器人手臂的末端执行器姿态进行优化分析,并确定最优条件,即手臂所构成的平面与球拍运动速度向量所形成的平面互相垂直,然后根据最优条件及各连杆间的关系建立方程,求解出最优的末端姿态角,以减少机器人手臂运动所引起的振动.最后,通过仿真结果从动能求取和轨迹规划等方面验证了提出的方法的有效性.     

多节臂举升机器人重心推算的研究

把Denavit和Hatenberg方法引入多节臂举升机器人质心推算的研究,以确定多节臂举升机器人各主要部件随重物的移动、其质心位置相对于基础坐标系的变化函数关系,从而确定多节臂举升机器人整体质心位置的变化函数．通过整体质心位置的变化函数,可以做出整个系统质心在水平面的变化范围图形,同时该变化函数也是举升机器人控制的反馈传递函数,最终在稳定允许的安全裕度下,确定多节臂举升机器人的安全工作空间．     

基于垂线和水平线的机器人自定位方法

对基于垂线和水平线的机器人自定位问题进行了系统的研究,所得主要结论如下：（１）当空间直线都垂直于机器人运动平面时,机器人的位置有向无法线性求解;（２）当空间直线都平行于机器人运动平面时,至少需要三组直线对应对（一组直线对应地由一条空间直线和对应的图像直线构成;垂直直线对应对是指空间直线为垂线的直线对应对;水平直线对应对是指空间直线为水平线的直线对应对）才能线性求解机器人的位置与朝向;（３）当空间直     

拆线机器人的轮式爬线机构及顶升装置设计

拆线施工机器人是一种爬线机器人,挂在架空线上沿线行进,代替工人完成拆线施工中索道缆绳的铺设。为满足拆线施工机器人在具有一定垂弧度的架空线上爬线行进的需要,对拆线施工机器人的爬线行进机构进行了分析与设计,提出了一种四轮爬线行进机构。该机构利用顶升装置及张紧轮提供额外的压力,以满足拆线施工机器人爬坡时所需的摩擦力。随后,分析了机器人爬坡时的受力情况,给出了顶升装置所提供压力的条件及计算公式。基于所提机构,进行了施工机器人的顶升装置的选型计算及论证,实际应用表明本文的设计可以满足实际需要。     

A leg configuration measurement system for full-body pose estimates in a hexapod robot

We report on a continuous-time rigid-body pose estimator for a walking hexapod robot. Assuming at least three legs remain in ground contact at all times, our algorithm uses the outputs of six leg-configuration sensor models together with a priori knowledge of the ground and robot kinematics to compute instantaneous estimates of the 6-degrees-of-freedom (6-DOF) body pose. We implement this estimation procedure on the robot RHex by means of a novel sensory system incorporating a model relating compliant leg member strain to leg configuration delivered to the onboard CPU over a customized cheap high-performance local wireless network. We evaluate the performance of this algorithm at widely varying body speeds and over dramatically different ground conditions by means of a 6-DOF vision-based ground-truth measurement system (GTMS). We also compare the odometry performance to that of sensorless schemes - both legged as well as on a wheeled version of the robot - using GTMS measurements of elapsed distance.     

基于亚像素的乒乓球机器人本体位姿视觉测量

提出一种基于亚像素精度的特征点提取算法,结合PnP方法和正交迭代(OI)算法计算乒乓球机器人本体的位姿.根据摄像机成像时弥散斑的近似高斯分布,以亚像素精度精确求取色标块的边缘,利用边缘直线交点得到高精度的角点作为特征点.基于PnP算法利用上述特征点求取机器人位姿的初值,再通过OI算法进行优化,以保证其姿态矩阵的正交性.实验结果表明,该方法能快速准确地实现机器人本体的位姿测量.     

Development and motion control of a biped walking robot based on passive walking theory

This research aims to develop the biped walking robot that can walk on the horizontal ground and improve walking efficiency by utilizing the theory of the passive walking robot, namely the pendulum principle. For that, two motors were installed on the hip of the robot to generate the control torques to perform a walking motion. The computer simulations with dynamic model were carried out to investigate the walking capability of the system. Experimental robot was developed considering the calculated results. The proportional control law was used in walking experiment. The robot can walk on the horizontal ground with the proposed method.     

基于视觉反馈的多机器人自重构系统研究

在执行特种任务时,为了能够实现自重构功能以适应复杂地形环境,多机器人必须拥有一套安全高效的自主对接分离系统.鉴于此,提出一种基于视觉反馈实时获取机器人相对位姿信息的方法,使控制机器人按照规划轨迹进行自主对接.首先,调整机器人对接尾座到达水平状态;然后,利用摄像头捕获到的标记板解算机器人的位姿信息;最后,控制机器人按照规划轨迹进行对接操作.独特的分离系统在多机器人出现故障时可做到实时分离,抛弃故障单元.经实验验证,自重构系统对接成功率高达97.3%以上,具有良好的鲁棒性.     

农用轮式移动机器人相对位姿的求解方法

在基于单目视觉的自主导航中，由于农用轮式移动机器人相对于跟踪路径位姿的传统求解算法，往往存在忽视图像中各像素点权重不同和计算效率不理想等缺陷，因此，针对农田环境特点，在分析地面上直线路径透视成像特性的基础上，提出了一种农用轮式移动机器人相对位姿的求解方法。该方法首先建立起被跟踪路径在图像平面上的像素坐标与机器人相对位姿间的关系方程，然后结合Hough变换的思想直接求出位姿值。实验结果表明，该方法不仅可以有效地弥补传统算法的不足，而且测量精度也与当前其他类似研究的水平大致相当。