基于改进人工势场法的机械手避障规划

针对三维环境中机械手在障碍物附近目标不可达问题和局部最小值问题,提出一种基于改进人工势场法的机械手避障方法.该方法以机械手末端所受合力的方向作为其运动方向,通过势场力的作用使机械手末端避开障碍物,解决障碍物附近目标不可达问题;采用X-Y平面内的角度偏移法,使机械手末端迅速跳出局部最小值,解决势场法的局部最小值问题;从而使机械手避开障碍物到达目标位置,并给出了机械手避障规划算法的具体实现步骤.将该方法应用于机械手末端位置、障碍物位置和目标位置已知条件下的常规作业任务中,仿真实验结果表明,机械手末端沿着规划路径可跳出局部最小值,并避开障碍物,成功到达目标位置,验证了该算法的有效性.     

机器人对多运动障碍物环境中方向可变运动目标的跟踪

机器人要实现对动态环境中可变方向运动目标的跟踪,必须采用动态的规划算法.本文在快速随机搜索树算法的基础上,采用滚动时间帧的思想,周期性地采集环境信息与目标运动状况,来预测未来环境中障碍物的分布情况及运动目标位置.在每个周期内用B IAS_RRT来引导机器人行走,以适应障碍物与目标运动方向的变化.仿真结果表明,该算法能有效跟踪在多运动障碍物环境中方向可变的运动目标.     

基于扫描法在线构造拓扑图的路经规划算法

该文提出了一种基于扫描法在线构造环境拓扑图的路径规划算法。与传统路图法相比,该算法利用扫描的方法搜索障碍物切点,并构造环境拓扑图,降低了计算复杂度,提高了实用性;利用启发式函数选择适当的离开点进行扩展,并逐步完善拓扑图,避免了一次性构造整个环境拓扑图所带来的不必要的大计算量。通过“沿直线行走”和“绕障碍物行走”这两种行为模式的切换,保证机器人顺利地避开障碍物到达目标位置。该算法的计算复杂度低,易于在线实现,并在仿真中得到了验证。     

结合光流和人工势场的风管机器人避障方法

风管清扫机器人是一种用来清扫中央空调通风管道内壁的机械手,工作环境恶劣、管道空间障碍复杂。风管清扫机器人的无碰撞运动对于实现其3D非重复接触和高速旋转刷的最优遍历清洗至关重要。以光流密度作为使用避障的光源,结合光流和人工势场法,以光流法进行障碍物检测,人工势场法进行避障规划,提出一种局部路径规划的障碍物检测及避障方法。实验结果表明,斥力势场矢量指向避开障碍物的方向,而且势场主要受障碍物的光流的影响,并由最近的障碍物来确定。通过与平衡策略方法对比,也验证了此方法的有效性。     

环境信息有限条件下的机器人避让操作运动

机器人在复杂环境中工作时,必须能够自动地避让或绕行障碍物,尤其是当障碍物的位置或坐标参数事先都不知道时,其机械手的操作运动就更为复杂。因此,在环境信息缺少或有限的情况下,讨论机器人操作的控制方法是十分有意义的。文章提出了机器人在陌生或复杂环境中绕行障碍物的方法,这种方法只需要关于机械手附近存在障碍物的局部(或少量)信息,就可以在实际操作过程中利用适当的算法形成所需的避让控制运动。仿真的结果表明,这种算法是十分有效的,其编程和数据处理也比较简便。     

基于8位单片机的小型机器人系统的设计与实现

设计并制作了以AVR单片机ATmega16L为控制器的小型机器人、以AT89S52为MCU的51单片机实验板和UART串行通信接口等部分构成的硬件系统。根据具体硬件系统的特性,用C和C++语言开发了机器人串口调试软件与综合控制软件。实现了无线遥控或远程网络控制机器人完成前后行走、翻跟斗、跳舞,并由机器人变形成小车,以及小车的前后左右行驶,再由小车变形成机器人等功能。     

移动机器人路径规划问题的解决方案

针对机器人在未知环境中对障碍物的发现与学习以及对路径的规划问题,提出一个新的解决方案,即增加机器人对环境信息的提取并建立地图模型的过程,采用判断当前位置与目标位置的连接线段与所建立的地图模型中障碍物冲突关系的方法,将机器人的行为分为两类：沿障碍物边界行走或向目标点位置移动。同时提出一种新的机器人面对障碍物时对运动方向的计算、选择方法与一种简化学习障碍物信息并建立地图模型的方法。     

基于神经-模糊控制系统的移动机器人动态路径规划

针对机器人在未知、复杂环境下从源到目标之间,避开各种类型的障碍的问题,设计了系统的神经-模糊控制算法进行动态路径规划：设计了合理的模糊推理体系,实现输入模糊化、模糊推理规则库、输出去模糊化控制;根据规则库设计神经网络结构,简化网络结构和参数;采用QPSO算法训练网络;状态变量的存储和管理策略,解决了“U”型障碍物内的死循环路径问题。实验结果表明,在以上算法的控制下,机器人能够朝着目标,规划产生合理的路径,不会陷入死循环。     

基于双目立体视觉的机械手精确定位系统

在机械手执行任务的过程中,控制机械手定位到目标位置是一个非常的机械手自动定位系统设计方法,由双目立体视觉系统根据目标物的二维图像计算出目标物的三维坐标,然后根据此三维坐标去控制机械手自动运动到目标位置.实验表明该系统能提高排爆机器人机械手的易操作性,大大提高了机械手的性能     

建筑机器人自主定位及行走轨迹规划方法

为优化机器人行走规划路径,开展建筑机器人自主定位及行走轨迹规划方法的设计研究。将建筑机器人的整个工作平面划分为数千个小区域,标定摄像机参数,进行建筑机器人空间坐标自主定位;将虚实耦合作为前提条件,利用BIM模型中各实体的位置信息,进行机器人行走导航地图的构建;引进Unty3D建模工具,使用Solidworks软件,构建机器人实验操作平台,将模型导入Unty3D的物理引擎中,生成建筑机器人运动学规范模型;引进A*算法,进行机器人运动空间全局路径的寻优,以此实现对机器人行走轨迹的规划。实验结果表明：设计方法可以在确保规划路线躲避空间中所有障碍物的基础上,保证规划的路线为最短路线。     

Design of robotic behavior that imitates animal consciousness

A 6-degrees-of-freedom serial arm hand is controlled to move toward an object in an unseen environment. We developed a consciousness-based architecture (CBA), which is a hierarchical human development model representing the relationship between consciousness and behavior and is used for imitating a human groping action. During forward motion toward the object, a robot arm hand can help to avoid obstacles from which the robot collects contact information. The CBA organizes such information to learn a path plan for backward motion to the origin without contact with the obstacles. Experimental results show that the CBA successfully extends the hand to the goal while avoiding any obstacle. This work was presented in part at the 12th International Symposium on Artificial Life and Robotics, Oita, Japan, January 25–27, 2007     

Integrating a flexible anthropomorphic, robot hand into the control, system of a humanoid robot

This article presents the approaches taken to integrate a novel anthropomorphic robot hand into a humanoid robot. The requisites enabling such a robot hand to use everyday objects in an environment built for humans are presented. Starting from a design that resembles the human hand regarding size and movability of the mechatronical system, a low-level control system is shown providing reliable and stable controllers for single joint angles and torques, entire fingers and several coordinated fingers. Further on, the high-level control system connecting the low-level control system with the rest of the humanoid robot is presented. It provides grasp skills to the superior robot control system, coordinates movements of hand and arm and determines grasp patterns, depending on the object to grasp and the task to execute. Finally some preliminary results of the system, which is currently tested in simulations, will be presented.     

A subsumptive, hierarchical, and distributed vision-based architecture for smart robotics

We present a distributed vision-based architecture for smart robotics that is composed of multiple control loops, each with a specialized level of competence. Our architecture is subsumptive and hierarchical, in the sense that each control loop can add to the competence level of the loops below, and in the sense that the loops can present a coarse-to-fine gradation with respect to vision sensing. At the coarsest level, the processing of sensory information enables a robot to become aware of the approximate location of an object in its field of view. On the other hand, at the finest end, the processing of stereo information enables a robot to determine more precisely the position and orientation of an object in the coordinate frame of the robot. The processing in each module of the control loops is completely independent and it can be performed at its own rate. A control Arbitrator ranks the results of each loop according to certain confidence indices, which are derived solely from the sensory information. This architecture has clear advantages regarding overall performance of the system, which is not affected by the "slowest link," and regarding fault tolerance, since faults in one module does not affect the other modules. At this time we are able to demonstrate the utility of the architecture for stereoscopic visual servoing. The architecture has also been applied to mobile robot navigation and can easily be extended to tasks such as "assembly-on-the-fly."     

基于对象模型的自组织专家系统

在研制的一个基于对象模型的自组织专家系统中 ,通过对机器人的行走装置进行模型化 ,建立了对象的模糊知识库 ,并根据控制的目标 ,设计了推理机。系统无需精确的数学模型 ,能根据输入、输出变量 ,自动修改控制规则 ,达到优化控制的目的。     

Adaptive behaviors of reactive mobile robot with Bayesian inference in nonstationary environments

This paper presents a technique for a reactive mobile robot to adaptively behave in unforeseen and dynamic circumstances. A robot in nonstationary environments needs to infer how to adaptively behave to the changing environment. Behavior-based approach manages the interactions between the robot and its environment for generating behaviors, but in spite of its strengths of fast response, it has not been applied much to more complex problems for high-level behaviors. For that reason many researchers employ a behavior-based deliberative architecture. This paper proposes a 2-layer control architecture for generating adaptive behaviors to perceive and avoid moving obstacles as well as stationary obstacles. The first layer is to generate reflexive and autonomous behaviors with behavior network, and the second layer is to infer dynamic situations of the mobile robot with Bayesian network. These two levels facilitate a tight integration between high-level inference and low-level behaviors. Experimental results with various simulations and a real robot have shown that the robot reaches the goal points while avoiding stationary or moving obstacles with the proposed architecture.     

基于CPLD控制模块的智能机器人控制系统研究

为提高物流周转智能机器人的环境感知能力和避障能力,降低智能机器人运行中碰撞障碍物的概率,设计了一种基于CPLD控制模块的物流周转智能机器人控制系统;以CPLD控制器为核心,调整A/D模拟采集接口模块信号的连接形式,并设置与PWM寄存器相关的连接参数;给出了主机智能程序的决策流程,并适时调整PWM寄存器的整流参数,提升控制指令执行向量的匹配精度,以实现对智能机器人运动轨迹的精确控制;与传统机器人控制系统相比,基于CPLD控制模块的智能机器人能够更准确地感知外界环境的变化,精确规避障碍物。     

基于对象模型的自适应模糊专家控制系统

文中介绍了一个基于对象模型的自适应模糊专家控制系统。在该系统里,能动地机器人的行走装置进行模型化,建立了对象的模糊知识库,并根据自适应模糊控制的目标设计了推理机。系统无需铁数学模型,能根据输入、输出变量自动个性控制规则,达到优化控制钵文还介绍了对象模型的模糊知识表示方法和模糊知识库的结构以及对象模型的模糊控制推理。     

基于自适应动态窗口改进细菌算法与移动机器人路径规划

针对移动机器人在复杂环境下的路径规划问题,提出一种新的自适应动态窗口改进细菌算法,并将新算法应用于移动机器人路径规划。改进细菌算法继承了细菌算法与动态窗口算法（dynamic window algorithm, DWA）在避障时的优点,能较好实现复杂环境中移动机器人静态和动态避障。该改进算法主要分三步完成移动机器人路径规划。首先,利用改进细菌趋化算法在静态环境中得到初始参考规划路径。接着,基于参考路径,机器人通过自身携带的传感器感知动态障碍物进行动态避障并利用自适应DWA完成局部动态避障路径规划。最后,根据移动机器人局部动态避障完成情况选择算法执行步骤,如果移动机器人能达到最终目标点,结束该算法,否则移动机器人再重回初始路径,直至到达最终目标点。仿真比较实验证明,改进算法无论在收敛速度还是路径规划精确度方面都有明显提升。     

基于AVR单片机的压力控制系统设计

为了满足爆炸性气体环境电气设备国家标准(GB3836),煤矿救援机器人在满足隔爆标准的基础上,还采用了正压型电气设备标准,为机器人提供双重安全保障;以AVR单片机作为控制器核心,设计出一套压力控制系统;采用压力传感器、压差传感器、温度传感器作为传感元件,电磁阀为执行元件,通过压力测试实验,绘制出系统压力变化曲线,证明该系统能始终保持车体压差在允许范围,通过滤波,系统抗干扰能力强,无误动作;该控制系统可自动/手动控制模式切换,可靠性高,完全能够满足国家标准防爆要求。     

Navigation of Mobile Robots Using a Fuzzy Logic Controller

This paper describes a mobile robot navigation control system based on fuzzy logic. Fuzzy rules embedded in the controller of a mobile robot enable it to avoid obstacles in a cluttered environment that includes other mobile robots. So that the robots do not collide against one another, each robot also incorporates a set of collision prevention rules implemented as a Petri Net model within its controller. The navigation control system has been tested in simulation and on actual mobile robots. The paper presents the results of the tests to demonstrate that the system enables multiple robots to roam freely searching for and successfully finding targets in an unknown environment containing obstacles without hitting the obstacles or one another.