电缆管道巡检机器人远程测控系统的研究与实现

采用图形化编程语言LabVIEW,通过构建多循环应用程序框架,开发了一种用于电缆管道巡检遥操作机器人的新型远程测控系统.该系统能够远程控制机器人在电缆管道内的运动并实时监测机器人沿管内行进时的位置和姿态,能通过机器人获取管内视频信息并进行Canny算子边缘处理以及对管内敷设电缆的温度监测.实际运行结果表明,该测控系统设计新颖、运行可靠、功能实用,对类似遥操作机器人的远程监测与控制系统开发有较好的参考作用.     

基于PLC的自动测流机器人系统设计

针对当前河道测流存在的效率和自动化程度较低、测量模式单一等问题,提出了一套基于可编程逻辑控制器(PLC)的河道自动测流机器人系统设计与实现方案。该机器人系统由运动系统、采集系统、人机交互以及远程通信四大模块组成。首先,设计了自动测流机器人系统的硬件结构,实现了自动测流机器人在河流轨道上运动、铅鱼收放等功能。然后,开发了基于PLC的测控系统,设计了PLC梯形图和硬件连接方案,实现了自动测流机器人运动控制。最后,自动测流机器人系统通过RS-485通信协议将多传感器采集的数据传输到操控屏,结合4G远程技术,实现了采集数据和操作指令的远程传输。通过现场模拟的采集测试,该机器人系统可实现自动测流、远程操控、故障自检等功能,并提供多种测量模式,满足河道测流的使用需求。该系统的设计为开展智能化河流数据采集的研究奠定了基础。     

MEMS加速度传感器在微型特种机器人中的应用

提出一种基于MEMS加速度传感器LIS3LV02DL的特种机器人姿态测控和环境感知方案。阐述了系统硬件组成,分析了传感器姿态测控方法和环境感知原理。为提高加速度传感器工作精度,设计了一种加速度传感器校正方法。试验结果表明：该加速度传感器能较好地感知机器人运动的姿态与方向,并实现机器人着陆姿态调整和外部环境振动信息的监测。     

航空装备远程测控单元的设计与实现

该单元是某型航空装备远程测控平台的重要组成部分,构成了实施远程测控的现场环境.单元采用PXI标准模块构造了通用信号源和通用测控通道,采用RS422和 GPIB总线与辅助设备和专用测控通道交连.通过远程测控平台,实现组件的远程测控、远程参数调整和航空装备全系统远程联调等测控功能.     

一种新型仿生微型机器人的无缆测控系统

设计了一套基于磁场和射频信号的测控系统,用于实现仿趋磁细菌微型机器人的无缆操控及其运行参 数的检测．测控系统包括微型机器人的位姿检测子系统和微型机器人控制子系统．检测子系统中,磁传感器阵列实 时检测磁场信号,经过数据处理后获得微型机器人的状态信息,并与视频跟踪结果进行对照;控制子系统中,通过 射频发射的PWM 信号控制微型机器人的运动速度,同时通过导向磁场控制微型机器人的运动姿态．利用本系统, 实验研究了微型机器人的90± 转向运动,结果表明该系统能够有效控制微型机器人的运动.     

基于嵌入式Web的远程声级计测控系统

为了实现本地对远程声级计的测控,提出了基于嵌入式Linux操作系统并采用B/S(浏览器/服务器)架构实现嵌入式远程实时数据采集和控制的方案.该方案将Java Applet程序嵌入到静态网页中去,实现了远程声级计测控系统的数据动态Web显示.应用实践表明,该方案实现的远程声级计测控系统人机界面友好、使用简单、软件升级和维护方便快捷.     

汽车综合性能检测线软件系统的远程诊断与维护技术

在分析研究汽车综合性能分布式网络测控系统结构及工作原理的基础上,采用基于拨号网络和基于专线入网两种方式的远程控制技术,研究并实现了对汽车综合性能检测线软件系统的远程诊断与维护。论文对实际的远程诊断与维护系统的整体设计思路与具体实现方法进行了详细的分析和论述。应用情况表明,采用该方法开发研制的远程诊断与维护系统能够较好地满足汽车综合性能检测线微机测控系统的实际使用需要。     

远程遥测姿态控制系统设计

为全面测控飞行器姿态,设计了一种能实时监测、控制飞行器姿态倾角的远程遥测系统;采用FPGA进行中央逻辑控制,构建了智能变送模块;将上位机作为终端设备,结合步进电机24BYJ48-5V与双轴倾角传感器ROB100等前端设备,经过硬件及软件调试,完成步进电机闭环控制,实现-90°～+90°范围内对飞行器任意倾角值的实时测量与控制,测试精度达0.5°;通过大量试验结果及分析表明,该系统可靠性高、可移植性强,能够完成对飞行器姿态的实时测控,各项性能指标均满足项目需求.     

基于Web与V-REP的机器人远程控制虚拟仿真平台

设计并开发了基于Web与V-REP的机器人远程控制虚拟仿真平台.该平台整体设计框架包括Web浏览器层(客户端)、服务器层、仿真环境层(机器人端)三个层次,采用JavaWeb和MVC设计模式开发Web应用,利用V-REP远程API和Python编程实现机器人控制服务器和图像服务器.操作者通过Web浏览器即可完成对V-REP中仿真机器人的控制,同时相应图像信息传输至Web浏览器,从而实现基于Web的机器人远程交互控制.该虚拟仿真平台对于机器人控制相关的实践教学有着重要意义.     

空间机器人姿态稳定方法研究

研究机器人动态优化问题,空间机器人的动力学耦合特性会影响系统的稳定性.空间机器人由于机械运动基座产生扰动,影响姿态稳定.通过建立空间机器人的动力学模型,结合动力学耦合特性分析了空间机器人的零反作用空间.提出基于零反作用空间的基座姿态稳定方法,实现了机械臂与基座的动力学解耦.不采用反作用飞轮或反作用喷气装置,即可使空间机器人的基座姿态达到稳定,达到了节省星上能源,延长空间机器人使用寿命的目的.在Matlab上进行数值仿真实验,结果验证了方法的有效性和可行性.方法能够为空间机器人在轨操作提供理论依据.     

基于LabVIEW的纯实时仿真方法及应用

针对Matlab仿真不能解决实时性的问题，提出了一种将纯Matlab仿真向纯实时仿真的转换方法。结合一种基于频率特性的PID控制器参数自整定算法的研究，先用Matlab与LabVIEW混合编程仿真来验证LabVIEW程序的可行性；再通过0PC服务器作为中间桥梁实现智能仪表与LabVIEW之间的数据通信，从而使整个程序全部由LabVIEW和智能仪表的实时运算来实现。带延迟的一阶惯性环节为被控对象的闭环仿真与大连交通大学自主开发的嵌入式软件构件集成开发平台验证了该方法的有效性。     

近程巡飞弹姿态控制优化仿真研究

近程巡飞弹姿态控制系统是一个非线性、时变性及耦合性的复杂控制系统,是近程巡飞弹武器系统型号研制的关键技术之一;传统的PID控制在不同巡飞状态下调节稳定性较差、响应时间慢、影响姿态控制的稳定性和机动性;针对近程巡飞弹姿态控制系统中PID控制参数不可调,自适应、抗干扰性能较差等问题,引入了自适应模糊PID控制方法,使系统在不同巡飞姿态和干扰条件下能够实时整定PID的三个控制参数,提高系统的控制性能;在此基础上设计了近程巡飞弹的姿态角控制回路,并以俯仰角为例,在Matlab/Simulink平台下建立仿真模型,进行仿真实验;仿真结果显示,采用自适应模糊PID的控制方法,系统控制性能更好,抗干扰能力和自适应能力优于传统PID控制,减小了巡飞过程中姿态角的波动情况。     

Neural network Reinforcement Learning for visual control of robot manipulators

It is known that most of the key problems in visual servo control of robots are related to the performance analysis of the system considering measurement and modeling errors. In this paper, the development and performance evaluation of a novel intelligent visual servo controller for a robot manipulator using neural network Reinforcement Learning is presented. By implementing machine learning techniques into the vision based control scheme, the robot is enabled to improve its performance online and to adapt to the changing conditions in the environment. Two different temporal difference algorithms (Q-learning and SARSA) coupled with neural networks are developed and tested through different visual control scenarios. A database of representative learning samples is employed so as to speed up the convergence of the neural network and real-time learning of robot behavior. Moreover, the visual servoing task is divided into two steps in order to ensure the visibility of the features: in the first step centering behavior of the robot is conducted using neural network Reinforcement Learning controller, while the second step involves switching control between the traditional Image Based Visual Servoing and the neural network Reinforcement Learning for enabling approaching behavior of the manipulator. The correction in robot motion is achieved with the definition of the areas of interest for the image features independently in both control steps. Various simulations are developed in order to present the robustness of the developed system regarding calibration error, modeling error, and image noise. In addition, a comparison with the traditional Image Based Visual Servoing is presented. Real world experiments on a robot manipulator with the low cost vision system demonstrate the effectiveness of the proposed approach.     

基于DSP和CPLD的开放式机器人控制器

设计了一种新型的基于DSP和CPLD的开放式机器人控制器。该控制器以IBM-PC为上位计算机,用一块DSP运动控制卡对PR教学机器人的4个关节运动进行伺服控制,采用PCI总线进行上、下位机之间的通讯,实现双速率运行,较好地实现了机器人的实时控制。同时,在控制卡中采用参数自调整模糊控制算法,以提高系统控制精度和动态性能。实际应用表明,该控制器实现了机器人控制系统的高速率实时控制,增强了系统的鲁棒性和抗干扰能力,取得了良好的效果。     

Attitude Controller for Steady Hover of a Rotary-Wing Flying Robot

This paper presents an attitude controller for steady hover of CMERI’s Rotary-Wing Flying Robot. The main objective is to control the dynamic behaviour of the robot, which is complex in shape and motion as nonlinear aerodynamic forces and gravity acts on the system. Due to limited accuracy of the dynamic model, the attitude dynamics is conditionally stable where a minimum amount of attitude feedback is required for system stability. To compensate for conditional stability with improved disturbance rejection, an attitude controller is developed adopting cascade control loop architecture. The INS system feedback is used for outer control loop while the gyro feedback is adopted for the inner control loop to attain a high bandwidth, ensuring attitude stability with accelerated response required for a steady hover. The defined controller has introduced corrective control to mitigate the disturbance as sensed by the gyros before they actually do affect the output as the cascade control loop is more responsive than simply the INS loop feedback. In the proposed approach, the robot is modelled using well known “NASA Minimum Complexity Math Model” where robot dynamics is decoupled into Single Input Single Output system. Kalman filter is used to estimate the attitude from the high frequency based gyros aided by INS system feedback data while a matched pole-zero method is used to perform discretization. The stability of the system is evaluated using closed loop identification. The provided solution is tested on Hirobo Scheadu50 model and the system performance is analyzed using the proposed controller.     

四旋翼微型飞行平台姿态稳定控制试验研究

对四旋翼飞行平台姿态稳定控制进行了试验研究,建立了数学模型,在Matlab环境下使用PID控制器进行了模拟仿真研究。基于仿真结果,设计了以TMS320V2808为核心处理器,以MIN-INA900为飞行平台测姿传感组件的飞行试验平台,进行了单通道系留试验和六自由度试验,试验结果表明：PID控制器能够实现对飞行平台姿态的控制。     

基于MPU6050和互补滤波的四旋翼飞控系统设计

针对四轴飞行器飞行性能不稳定和惯性测量单元（IMU）易受干扰、存在漂移等问题,利用惯性传感器MPU6050采集实时数据,以经典互补滤波为基础,提出一种可以自适应补偿系数的互补滤波算法,该算法在低通滤波环节加入PI控制器,依据陀螺仪测得的角速度实时调节PI控制器补偿系数。飞行器姿态控制系统采用双闭环PID控制方法,姿态解算的欧拉角作为系统外环,陀螺仪角速度作为系统内环。最后,搭建以NI myRIO为核心控制器的四轴飞行器,通过LabVIEW实现算法和仿真,实验结果表明,自适应互补滤波算法可以准确解算姿态信息,双闭环PID控制超调量小、反应灵敏,控制系统基本满足飞行要求。     

A flexible controller for robots

The structure of a flexible microprocessor-based controller for a low-cost robot for component handling is described. The robot demonstrates three degrees of freedom within cylindrical coordinate motion. One axis uses end-stop pneumatic actuation with the remaining two axes being actuated by specially designed hydropneumatic drives. By using hydropneumatic actuation and incremental encoder feedback, point-to-point positioning is provided through a real-time closed-loop control algorithm designed and implemented within the controller structure. Interactive programming aids have also been implemented within the control structure to allow operatives to describe robot handling tasks by using a shop floor oriented language. Both hardware and software for the controller have been developed in a modular form to increase its flexibility allowing the modules produced to be used for the control of other work-handling systems.     

嵌入式移动机器人目标搜集运动控制研究

本文基于移动机器人平台设计实现了核心嵌入式控制系统,采用上位机-下位机两级体系结构,开发了环境信息采集上位机软件及机器人运动控制下位机软件;通过激光测距仪实时测量与数据处理,实现机器人对环境目标的探测与感知,设计了电机控制器用于实现机器人运动控制;最后,针对目标搜集使命案例,验证了移动机器人对环境目标的自主探测与搜集的作业能力,实验结果表明：所设计的嵌入式控制系统及其运动控制器满足使命任务要求。