基于全局视觉的足球机器人实时避障策略设计

通过对对方机器人信息的处理,提出一种将位置信息转化为速度信息的实时避障策略.在检测到给定点与目标点之间有障碍物时,根据障碍物的位置给机器人一个新的目标点,使机器人能够绕过障碍物到达目标点,从而达到避开障碍物的目的.给出了算法的设计与实现并进行了仿真,仿真结果证明了该算法的可行性与有效性.     

基于视觉信息的移动机器人动态避障方法

为了提高自主移动机器人的动态避障能力,提出了一种基于视觉信息的拟人动态避障方法,以视觉信息为决策依据,利用神经网络对障碍物的屏幕坐标和实际相对坐标进行非线性映射,在避障过程中只考虑障碍物相对于机器人的运动及可能的碰撞方式,无需考虑机器人和障碍物的运动速度和运动方向,仿真试验证明这种方法是可行而有效的．     

基于时延补偿的移动机器人动态避障方法

为提高自主移动机器人的动态避障能力,提出以视觉信息为决策依据,通过时延补偿提高机器人对障碍物定位精度局部动态避障方法．在避障过程中无需考虑障碍物的运动速度和运动方向,更加适用于机器人在未知或部分未知环境下的路径规划．实验表明,这种方法是可行而有效的．     

一种基于仿真比赛平台的足球机器人避障方法

研究了一种基于仿真比赛平台的足球机器人避障方法,机器人通过一段弧线智能地躲开前方的障碍物.通过改变左右轮速实现旋转,机器人在追球的过程中,要预测小球的位置,然后以最快的速度追球;机器人在避障过程中,寻找障碍物附近一点,当机器人到达这一点的过程中,保证无碰撞运动,然后再向目标点运动.整个运动过程中,机器人会走一条最佳弧线,保证运动的时间最短.仿真结果验证了该避障方法的正确性.     

未知环境下的移动机器人实时避障研究

针对未知环境下的移动机器人实时避障问题,设计了一种基于模板更新和模板匹配的避障算法.利用视觉传感器获取的场景信息与存储于机器人内部的模板图像进行匹配,确定机器人的可行区域和障碍区域.根据虚拟引力方法计算出机器人下一时刻的行进方向和行驶速度.鉴于场景光照变化情况,采用了一种基于粒子滤波的模板更新方法.为了验证算法的正确性和有效性,在室内不同的场景下做了大量的实验.实验结果表明:该方法能够实现可靠的障碍物检测,并引导机器人有效地躲避各种静态和动态障碍物,而且算法具有很好的实时性和鲁棒性.     

基于多目标遗传算法的机器人避障研究

提出了在势场法斥力场函数中引入目标点和障碍物的距离、障碍物和机器人的速度矢量及最小安全距离的一种新的动态势场(NDAPF)方法,建立了考虑运动路径长度、移动步数、动态相对距离的避障评价函数,进一步提出了根据遗传算法个体适应度不同情况下变异概率自适应调整的一个改进算法,利用多目标遗传算法(MOGA)对NDAPF。方法进行寻优．在一个移动机器人仿真平台中分别对传统的静态势场(TAPF)方法、无参数优化NDAPF和利用MOGA参数优化的NDAPF方法(MOGANDAPF)进行仿真实验,实验结果证明,MOGANDAPF方法可进一步应用于足球机器人避碰模型研究中．     

基于模型的巡线机器人无碰避障方法研究

结合课题组所设计的巡线机器人,利用线路环境结构化的特点,通过霍尔接近传感器精确定位障碍物与机器人之间的位姿关系,采用D-H法构建巡线机器人运动学模型,将障碍物固连一个空间坐标系,最终可在与定位点固连的机器人基坐标系中空间重构障碍物及机器人越障手臂.在机器人越障手臂与障碍物空间位姿关系可测的情况下,并考虑到机器人越障时间短为实际需要,规划一条最短无碰越障路径.最后通过实验验证了基于模型的无碰避障的有效性.     

借助外力助推的双足机器人越障及避障方法研究

由于仿人机器人在跨越大尺度障碍时需要重心大幅度地偏移,从而导致机器人容易摔倒或是跨越的距离有限,而通过引入外力的方法能有效地改善机器人的跨越性能.本文主要研究双足机器人在额外外力的辅助下,无碰撞地跨越大尺度障碍物的问题.首先,通过树形数据结构、相对轴矢量和相对位置矢量,建立了双足机器人的仿真模型.然后,通过规划多次曲线跨越轨迹、引入整个跨越过程中的局部避障非线性约束和其他跨越约束的方法,建立起双足机器人越障及避障的多变量非线性优化模型.最终,求解出了平面6自由度的冗余机器人越障及避障的2维步态,通过仿真验证了其能够跨过高度为其腿长43%的障碍物.原理样机跨越15 cm高,为其腿长32%的障碍物,证明了本文所提越障及避障方法的有效性.     

基于深度强化学习的移动机器人轨迹跟踪和动态避障

针对移动机器人在局部可观测的非线性动态环境下,实现轨迹跟踪和动态避障时容易出错和不稳定的问题,提出了基于深度强化学习的视觉感知与决策方法.该方法以一种通用的形式将卷积神经网络的感知能力与强化学习的决策能力结合在一起,通过端对端的学习方式实现从环境的视觉感知输入到动作的直接输出控制,将系统环境感知与决策控制直接形成闭环,其中最优决策策略是通过最大化机器人与动力学环境交互的累计奖回报中学习获得.仿真实验结果证明,该方法可以满足多任务智能感知与决策要求,较好地解决了传统算法存在的容易陷入局部最优、在相近的障碍物群中震荡且不能识别路径、在狭窄通道中摆动以及障碍物附近目标不可达等问题,并且大大提高了机器人轨迹跟踪和动态避障的实时性和适应性.     

基于改进势场栅格法的清洁机器人路径规划算法研究

针对人工势场法中机器人在障碍物附近震荡而无法到达目标点、存在陷阱区域、临近的障碍物之间不能发现路径等问题,提出了一种改进的势场栅格算法.结合牛耕式全覆盖路径规划算法使机器人在已知环境势场模型中快速静态规划出全局最优清扫路径,通过激光雷达与势场合力运算使其具备无碰撞的避障能力.在实际系统的实验验证结果表明,本算法能够使清洁机器人以更短路径遍历环境及增强避障能力,提高了清洁机器人的安全性与工作效率,具有实际应用价值.     

基于局部模型的水下机器人避碰方法研究

提出了基于局部模型的水下机器人的避碰方法。文中首先分析了水下机器人的避碰声纳的工作机理及存在的问题,然后介绍了基于栅格的局部模型的建立方法,根据局部模型确定出机器人周围障碍物的分布情况;最后根据规则进行避碰规划。文中给出了详细的仿真结果。     

基于旋转势场法的双足机器人避障路径规划方法

针对双足机器人在实际环境中运动时难以实时规避障碍物的问题,本文提出了基于旋转势场法的避障路径规划方法。该方法将足迹规划思想引入基于势场法的局部实时路径规划中,通过设计新的障碍物旋转势场来解决传统势场法的局部极小值问题,进而利用旋转势场和足迹规划间的映射关系实现双足机器人的实时避障运动。将该算法应用到一台双足机器人上进行实验验证,现场设定障碍物使路径更接近实际作业环境,机器人顺利完成了U型场地的避障,验证了该方法的有效性。     

一种移动机器人的全局动态运动规划方法

将遗传算法用于移动机器人的动态避障运动规划,使机器人在满足速度及加速度约束的前提下,按规划的运动规律运动,在实现动态避障的同时,从起始点到目标点耗时最少．为利用遗传算法实时、稳定地进行动态运动规划,将复杂的二维编码问题简化为一维编码问题,把边界约束、速度和加速度约束、动态避障、耗时最少要求融合为一个简洁的适应度函数．仿真实验表明了该方法的有效性．     

基于光流的非结构化环境中移动机器人避障方法

为了解决在复杂非结构化环境中的避障问题,提出了一种基于光流的适用复杂非结构化环境的移动机器人避障方法.首先,引入梯度守恒假设和局部加权对光流算法进行改进,减少了光照变化不均和噪声对光流算法的影响,提高了算法的计算精度和鲁棒性.然后,使用光流散度来计算相碰撞时间(time-to-contact,TTC),并利用TTC构建障碍地图.设计的航向决策算法能在机器人与障碍物发生碰撞危险时,为机器人选择最优的前进方向.对提出的避障方法进行了仿真及物理实验,实验结果表明:利用该避障方法可以实现移动机器人在复杂非结构化环境中无碰撞地行走.     

基于模糊神经网络的电力巡线无人机避障技术研究

随着国民经济持续稳定快速发展,,输电线路的巡检工作量日益加大,传统人工巡检已经不能满足当前输电线路巡检的需求。无人机电力巡线能够较好弥补人工巡检的不足,提高电力巡检作业的工作效率。为了获得精确的无人机与输电线路、杆塔以及附近障碍物的距离信息,采用了多传感器融合技术,通过对巡检过程中可能出现的障碍物进行建模,建立最小安全空间模型和输电线路周围电场模型,提出基于模糊神经网络的方法,对无人机电力巡线的避障技术进行了研究。仿真结果表明,该方法可以有效实现无人机在电力巡线中对障碍物的躲避。     

Multiple mobile-obstacle avoidance algorithm for redundant manipulator

In order to overcome the shortcomings of the previous obstacle avoidance algorithms, an obstacle avoidance algorithm applicable to multiple mobile obstacles was proposed. The minimum prediction distance between obstacles and a manipulator was obtained according to the states of obstacles and transformed to escape velocity of the corresponding link of the manipulator. The escape velocity was introduced to the gradient projection method to obtain the joint velocity of the manipulator so as to complete the obstacle avoidance trajectory planning. A 7-DOF manipulator was used in the simulation, and the results verified the effectiveness of the algorithm.     

改进人工势场法的冗余机械臂避障算法

针对传统人工势场法应用于串联型冗余机械臂避障时无法约束各关节位姿、陷入局部极小后难以逃离的问题,提出一种改进人工势场法.建立冗余机械臂运动学模型,采用线段球体包络盒模型进行碰撞检测.在笛卡尔空间内建立末端引力势场和障碍物斥力势场,在关节空间内建立目标角度引力势场,所有势场共同作用引导机械臂运动.在关节空间内求解虚拟目标角度并采用高斯函数建立虚拟引力势场处理局部极小问题.利用七自由度冗余机械臂进行仿真和实验,结果表明:算法可约束各关节位姿,陷入局部极小后可引导机械臂逃离局部极小,最终完成避障;避障结束时各关节角度最大误差为0.8°,末端平均位置误差和平均姿态误差分别为0.010 m和2.40°,均小于传统算法;避障过程中各关节运动幅度小于传统算法.改进算法可引导机械臂逃离局部极小并完成避障,同时提高避障结束时各关节及末端的定位精度,对冗余机械臂的避障研究及应用具有一定的指导意义.     

一种双关节机器鱼的设计与实现

针对水产养殖和水环境保护领域对移动式水质监测的需求,本文设计了一种双关节仿生机器鱼。通过分析机器鱼的游动和转向规律,建立了双关节机器鱼的动力学模型,提出了基于模糊控制的复合避障算法、并通过仿真验证了其可行性。选择双关节尾鳍推进方式,完成了机器鱼的机械结构设计;以STM32单片机为控制核心、舵机作为运动执行元件、5个红外测距传感器合理布局实现避障、Lora无线传输方式实现机器鱼与主机的通信,完成了机器鱼控制系统的设计。最后,搭载水质传感器在实际水域对该机器鱼进行了应用测试,测试结果表明机器鱼可以成功避开障碍物并完成水质参数的采集任务、数据准确性高且具有低扰动性。