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.     

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。     

面向球型障碍物的六足机器人越障步态研究

以多自由度六足机器人为研究对象,针对球型障碍物的模型特点,研究其爬越球型障碍物时的行走步态,以找到一种适合的越障步态并分析越障时的稳定性。在仿真软件中建立虚拟样机模型,动态模拟对球型障碍物的越障运动。模拟结果表明：在该行走步态下控制的六足机器人能平稳地爬越球型障碍物。     

速度矢量坐标系下水下机器人动态避障方法

针对水下机器人能力有限问题设计了一种适应水下机器人能力的动态避障方法.以水下机器人对运动障碍物的相对速度信息建立速度矢量坐标系,在坐标系内,根据水下机器人速度矢量和障碍物速度矢量的相互关系以及水下机器人的能力,确定理论上能够避开障碍物的期望速度解集,然后按照满足碰撞时间条件的最小转艏避障原则求解水下机器人最优期望速度的大小和方向,使水下机器人能够以相对小的代价安全避开动态障碍物.仿真研究验证了此规划方法对躲避动态障碍物的有效性,该研究大幅度提高了水下机器人的智能水平.     

新型爬壁机器人越障机理及能力研究

爬壁清洗机器人是在危险的高层建筑环境下替代人进行清洗工作的机械,其可靠性和稳定性尤为重要. 在分析传统爬壁清洗机器人弊端的基础上,针对玻璃存在的窗框障碍物,设计一种四旋翼摆臂式爬壁清洗机器人.机器人基于履带式底盘结构,通过旋翼旋转产生推力提供壁面行走所需的吸附力,并设计相应的机器人摆臂变形机构,增加机器人的壁面越障能力. 从运动学角度分析机器人越障时的运动机理,建立机器人壁面攀爬的运动学模型. 在RecurDyn的Track LM模块环境下,对机器人越障过程进行运动学仿真,得到驱动轮的驱动转矩、旋翼推力随时间变化曲线;对Y轴重心位置和加速度变化曲线分析,机器人在越障过程中能够保持良好的平稳性,论证了四旋翼摆臂式爬壁清洗机器人的越障能力和越障过程中的平稳性.     

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．     

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.     

沿地线穿越越障巡线机器人能耗模型的研究

根据高压输电线路障碍物的类型,研制了沿地线穿越越障自主越障巡线机器人,而能耗预测是高压线路巡线机器人要解决的一项关键技术问题.分析了其在架空地线上的行驶及越障方式,并根据架空地线呈悬链状的特点,建立了机器人上下坡匀速行驶时行走轮的力学模型,同时根据已有的架空地线数学模型,通过曲线积分法推导出了基于相邻杆塔的水平档距、高差、地线比载、地线水平应力等线路工况参数的能耗模型.最后通过实验验证了该能耗模型的正确性和实用性,为巡检机器人的电源选型以及制定线路的巡检方案提供了相应的理论依据.     

管道机器人自适应机构碟形弹簧设计分析

为了提高管道机器人的管径适应能力，增强自适应机构的空间紧凑性，本文研究了一种具有自适应和主动适应功能的履带式管道机器人。以碟形弹簧作为自适应机构动力元件，根据构建越障时的力学模型，求解管道内壁正压力，通过ADAMS软件，创建机器人对自适应机构静力学仿真模型，设计了动力元件碟形弹簧。同时基于Matlab软件得到碟形弹簧的特性曲线，并对越障过程进行动力学仿真分析。仿真结果表明，当跨越2.5 mm障碍时，自适应机构对管壁的正压力为223.43 N,验证了碟形弹簧的合理性，满足越障要求。该研究为非线性动力元件在管道机器人自适应机构的应用及分析提供了思路。     

八轮腿移动机器人平台越障性能研究

针对复杂地形环境,提出了一种八轮腿移动机器人平台,轮腿式移动机器人综合了轮式移动机器人高速、高效、灵活的特点和腿式移动机器人较强的越障能力.本文首先计算了该机器人平台的质心位置,并对移动机器人的稳定性判据进行了分析,在此基础上,针对斜坡、台阶和沟槽等不同类型障碍,就其越障能力与摩擦系数、结构尺寸之间的关系进行了分析,研究了该机器人移动平台越障性能,并求出了其在跨越台阶和沟槽时前后轮腿系统之间的转角关系,分析移动机器人平台姿态调整策略和越障策略.为机器人控制系统的设计做好了理论基础.     

一种并联机器人双目主动视觉监测平台避障方法的研究

一种基于圆型轨道的双目主动视觉监测平台的建立,解决了并联机器人的“盲”工作状态问题。然而在摄像机和并联机器人的加工位置之间常常有障碍物出现,为了避免摄像机的观测视线被遮挡,提出了一种在摄像机运动空间上求解障碍区域的方法。该方法中引入了最小面积凸包围盒算法,简化了求解过程,从而能实现视觉监测平台的快速避障。算例实验表明该方法是正确、有效的。     

Motion Planning of Humanoid Robot for Obstacle Negotiation

The motion planning for obstacle negotiation by humanoid robot BHR-2 through stepping over or stepping on/off the wide and flat obstacle at known locations is presented. In the trajectory generation method,first the constraints of the foot motion parameters which include obstacle dimensions and the distance of obstacle from the humanoid robot is formulated. By varying the values of the constraint parameters,different types of foot motion for different obstacles can be produced. In this method,first the foot trajectory is generated,and then the waist trajectory is computed by using cubic spline interpolation without first calculating the zero moment point (ZMP) trajectory. The dynamic stability during the execution of stepping over and stepping on/off trajectories are ensured by incorporating the ZMP criterion. The effectiveness of the proposed method is confirmed by simulations and experiments on humanoid robot BHR-2.     

Motion Planning of Humanoid Robot for Obstacle Negotiation

The motion planning for obstacle negotiation by humanoid robot BHR-2 through stepping over or stepping on/off the wide and flat obstacle at known locations is presented. In the trajectory generation method, first the constraints of the foot motion parameters which include obstacle dimensions and the distance of obstacle from the humanoid robot is formulated. By varying the values of the constraint parameters, different types of foot motion for different obstacles can be produced. In this method, first the foot trajectory is generated, and then the waist trajectory is computed by using cubic spline interpolation without first calculating the zero moment point (ZMP) trajectory . The dynamic stability during the execution of stepping over and stepping on/off trajectories are ensured by incorporating the ZMP criterion. The effectiveness of the proposed method is confirmed by simulations and experiments on humanoid robot BHR-2.     

六边形六足机器人障碍自识别步态规划

六足机器人在控制灵活的同时,也存在步态规划策略制定困难等问题,尤其当其遇到不可逾越的障碍时,这一问题更为严重.针对此问题,提出了一种障碍自识别步态规划策略.此策略以正逆运动学解算为基础并建立D-H坐标系,进而对每条腿进行齐次坐标变换,并根据足末端力反馈来自动识别障碍做出旋转和越障步态规划.通过ADAMS的仿真结果分析,验证了该策略的正确性和普适性.     

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.     

基于双目视觉的机器人局部路径规划

目的提出移动机器人利用双目视觉在不确定的环境中实现自主避障和导航的一种新方法．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．结果映射点偏离屏幕中心误差越大，障碍物距离机器人越远，确定避碰策略越困难；而当障碍物距离机器人较近时确定避碰策略较容易．该方法计算量少，运算时间短，提高了机器人的实时性．结论仿真试验表明此种方法能有效避开障碍物顺利到达目标点，并减少了计算规模，提高了实时性．     

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.     

基于构型选优决策的冗余度机器人避障研究

为了使冗余度机器人在障碍物环境下更好地完成末端操作任务,首先提出了一种新的基于构型选优决策的避障策略,它在保证避障和完成末端任务的同时使机器人的综合性能指标更优,然后利用3R-2P机器人的仿真及实验研究证明了所提方法的可行性.     

多机器人系统队形保持方法研究

机器人队伍的运动被划分为正常运动、避障及恢复队形三个阶段,单个机器人的运动划分为避障和向目标运动两个状态.在避障阶段,引入虚拟机器人来使其它机器人保持队形,同时把所有机器人划分成不同等级的集合,避障机器人跟踪邻近高等级集合中的机器人以躲避障碍.仿真实验表明,该方法能有效地避开障碍,并快速恢复原队形.