消防机器人三维姿态监测系统的设计与实现

针对机器人在位姿信息获取方面实时性、可靠性以及便捷性的需求,设计并实现了一套消防机器人三维姿态监测系统。该系统以MTiG传感器回传的数据为依据,使用OpenGL等技术手段,实现了获取、处理、保存车辆位姿信息的功能,并以三维动画形式直观反映车辆当前姿态,实时监控机器人状态的功能。从总体结构、传感器安装与参数设定、通信协议等方面介绍系统的硬件设计,并介绍系统软件设计思路。     

人形智能机器人的设计

双足类人行机器人一直都是国内外非专业和专业机器人爱好者重点研究的项目。介绍了具有GPS定位功能的双足机器人的行走运动控制,主要研究了对标准的"加藤一郎"约束结构的人形机器人进行行走运动控制,对硬件的控制系统进行合理的设计,动作流程的规划,完成软件的编程。机器人选取了被人们广泛使用的51系列单片机,采用的是单片机STC12C5A60S2,并集成了GPS模块,使机器人拥有了定位功能。     

盾构机实时姿态测量和计算方法的研究

介绍盾构机(TBM)姿态的描述方式以及盾构机姿态测量原理与方法。结合自动化测量机器人的功能,提出基于测量机器人对盾构体(前体)上两点进行三维坐标测量;根据安装在盾构机机体上纵、横两个精密测倾仪,实时采集的盾构机俯仰角、滚动角,来确定盾构机的实时空间位置和水平方向的偏航角的方法;根据3个欧拉角描述姿态测量的原理,推导出其姿态计算方法,并给出姿态计算的程序实现流程。对全站仪采集的坐标测量点和盾构机的基准点的测量精度进行了分析。广州地铁4号线大学城段的测试实验结果与SLS-T激光自动导向系统的计算结果吻合,结果表明,两基准点的计算精度完全满足实际工程的精度要求,误差比规范要求要小。     

基于MPU-6050及蓝牙技术的姿态检测系统设计

文章对姿态传感器国内外现状进行了分析,对其技术发展和存在的问题进行了简单介绍。提出了一种基于MPU-6050六轴姿态传感器(三轴陀螺仪、三轴加速度计)及蓝牙技术的设计方案,采用ARM和MPU-6050姿态传感器模块设计了一套姿态检测系统,手机可连接蓝牙模块并通过安卓手机APP实时显示姿态角数据。此外,研究了四元数及卡尔曼滤波等方法,对六轴传感器数据进行了静态修正,得到了更高精度的姿态角数据。     

一种车辆运动姿态参数的实时测量方法

由于车辆姿态参数无法通过带有标准配置的传感器直接测量,提出1种车辆运动姿态参数实时测量方法。该方法通过在车辆上加装MARG传感器测量车辆运动角速率、直线加速度与地磁信息,并以四元数和角速率为系统状态模型,加速度计和磁强计测量值为系统观测模型,搭建扩展Kalman滤波器车辆姿态融合估计结构,实现车辆姿态观测信息的实时最优关联。实验结果表明,在不同车辆运行状态下,该方法可以实时测量车辆姿态信息,具有较小的姿态估计误差。     

基于拓扑地图的田间机器人路径规划和控制

针对温室大棚环境下的田间机器人运动路径问题,提出1种基于拓扑地图和邻接矩阵的机器人路径规划算法。首先根据温室大棚环境,构建其拓扑地图;根据节点的连通性,创建邻接矩阵;通过搜索邻接矩阵的节点连通性,规划出1条最优路径。利用3个超声波传感器检测环境信息,通过陀螺仪检测机器人的姿态,采用比例微分(proportional-differential,PD)控制方法引导机器人根据规划的路径进行前进和转向。利用MATLAB对该算法进行运算和仿真,可以得到障碍物被放置在任意节点时的机器人最优路径。通过搭建温室大棚田间道路环境模型进行机器人运动试验。试验数据显示:机器人在该路径规划算法下能以最短的路径遍历必走路线;同时机器人在PD控制器调节下,能够实现上升时间小于0.5s,超调量小于6%,稳态误差小于5%的直线行走和上升时间小于0.5s,稳态误差为小于1%,超调量小于1%的转向控制,从而保障机器人的避障功能。仿真和试验结果表明:本文提出的路径规划算法和运动控制算法可行且有效,具有一定的应用意义。     

下坡步态失稳后的自适应平衡分析——坡度i=1∶10

以人下坡行走过程中偶发的滑跌现象为研究对象,采用表面肌电分析法,探究人下坡失稳后的自主平衡恢复反应机理。选取10名健康男性在坡度为1︰10的坡道上进行湿滑介质油和干燥环境下的下坡行走试验,采用Vicon运动捕捉系统和表面肌电系统同步采集步态参数和下肢8块主要肌肉的肌电信号,得出步速和步态时间的显著性p值分别为0.000、0.025(<0.05),故受到滑移扰动后,步速显著增加,步态时间显著减小;左右两侧肌肉的收缩特性在第一双支撑相和单支撑相无明显变化,在第二双支撑相和摆动相显著增加。依此总结出在坡度为1∶10的坡道环境下,一个步态周期各个时相内双足机器人下肢左右侧施加控制力的位置、施力大小及作用时间。该试验结果可为康复工程提供理论基础,并指导双足机器人的平衡控制系统设计。     

一种MEMS传感器的GPS盲区设备定位方法

针对室内定位GPS存在盲区的问题,本文提出了一种MEMS技术的室内定位解决方案。该方案利用MEMS微传感器,通过记录传感器运动姿态信息,结合设备初始GPS采集位置,实时计算传感器室内定位位置。实验结果表明:系统运行稳定、动态计算精度在0.1°以内,可准确记录传感器运动状态,能实现GPS盲区设备定位。     

步履式救援机器人新型越障结构与越障步态分析

利用P ro/E设计步履式救援机器人及其新型越障结构,将其导入ADAMS后添加约束、运动和外力,建立机器人虚拟样机仿真模型;创建2 m高垂直障碍和45°斜坡的非结构化地形以建立虚拟的灾害环境;通过S TEP函数来规划步履式救援机器人翻越垂直障碍和爬坡的步态,研究其在不同非结构化地形环境下的步态规划和越障性能,并分析步履复合行走结构对非结构化地形的越障性、适应性和可靠性;通过机器人实体样机越障试验验证新型越障结构的越障性以及步态规划的合理性。所得结论可为步履式救援机器人行走结构的设计优化,及其复杂地形越障能力、适应能力和越障可靠性的提高,以及越障风险性评估、步态的优化等提供参考。     

一种基于姿态估计的视点无关的人体姿态图像检索方法

现有的人体姿态图像检索方法仅能检索出相近视点下的人体姿态图像。为了解决这一问题,提出了1种视点无关的人体姿态图像检索方法,首先计算出图像中人体各关节的二维坐标;然后依据各关节的二维坐标和姿态库,估计出各关节的三维坐标信息;进而将三维人体骨骼的夹角八元组作为特征表示,度量图像的相似性。由于该方法在度量图像相似性时依据的是三维人体骨骼,因此不受拍摄角度的影响。实验结果表明,该方法能够提高人体姿态图像检索在多视点运动图像库中的命中率。