汽车曲线行驶状态轴距差检测及校准方法

针对汽车曲线行驶状态轴距差检测仪校准方法的问题,研究了曲线行驶时轴距差的检测模型,提出了一种带有模拟并计量前轮转角功能进而实现汽车定轴距差曲线行驶的校准方法。该方法采用轴销的中心作为前轮回转中心,有效避免了由于前轮转动导致的校准装置轴距改变。研发了汽车曲线行驶状态轴距差检测仪的校准装置,完成了校准点分别为0、1、3、5、10、20mm时光敏式轴距差检测仪的校准试验,证明了汽车曲线行驶状态轴距差检测仪校准方法的可行性和准确性。     

Scan matching using line segment relationships for map-based localization of mobile robot

A new scan matching method for mobile robot localization is presented, which takes line segment as the feature and matches the real scans in the given reference map by relationships of the directional-defined line segments. The alignment was done by hierarchically identifying the multiple relationships and the result was recorded in a correspondence matrix, where the best match is defined and selected for localization. It is indicated that the searching algorithm of the best match can find the ambiguities and get rid of them. This method with less computational cost works well in occluded environment, and can correct the error in pose estimation without the need for the estimation itself. The efficiency, accuracy and robustness of this method were verified by experiments of localization in an occluded environment and a long-distance indoor navigation.     

考虑万向轮扭转角扰动轮式移动机器人轨迹跟踪

为了研究轮式移动机器人运动过程中万向轮扭转的扰动对其轨迹跟踪的影响,提出了一种考虑前端万向轮摩擦扰动及其质心与几何中心不重合的轨迹跟踪控制方法。首先,建立了考虑万向轮扭转角扰动的轮式移动机器人动力学模型;其次,根据位姿误差模型,采用反步法设计虚拟速度控制器收敛系统位姿误差;然后,结合扰动观测器对机器人行进过程中万向轮扭转所带来的摩擦扰动进行估计,构造出一种基于积分滑模思想的力矩控制器以保证速度追踪;最后,利用Lyapunov稳定性理论对系统的稳定性和渐近收敛进行证明。仿真及实验结果表明,将万向轮摩擦所带来的扰动反馈给动力学控制器,可以减轻控制器的负载。与忽略万向轮扰动的控制方法相比,轮式移动机器人的位置误差最大值的均方根值降低了37.37%,提高了运动系统的稳定性。     

基于立体视觉的轴距左右差检测新方法

针对国标中规定的轴距差检测要求,提出了基于立体视觉的轴距左右差检测新方法。建立了轴距差检测数学模型。根据图像处理技术,确定了车轮图像中心坐标的识别方案。建立了轴距左右差检测的实验系统,标定了双摄像机的内外参数,并对检测系统进行了系统误差分析。建立了车轮坐标三维重建理论模型,论述了轮毂中心坐标的计算过程。应用实验系统进行实车检测,结果表明,本文建立的理论模型正确,实验系统具有很高的检测精度。     

反射面天线表面误差对平均功率方向图的影响

在同时存在随机误差和系统误差的情况下,提出了反射面天线平均功率方向图的计算方法．首先,分析面板加工误差以及框架安装误差,得出口径场随机相位误差的平均表达式．然后,考虑馈源的轴向偏焦问题,推导出系统误差存在时锥削照射相关函数的解析形式,进而得出了两种不同性质误差共同作用下的平均功率方向图．最后,以某65m口径天线为对象,研究了随机误差和系统误差对其电性能的影响,并给出了参考建议．     

基于逆投影差分的移动机器人障碍物快速检测

移动机器人的障碍物快速检测是其导航、避障、轨迹跟踪的关键技术。目前多数传感器存在距离盲区以及异常尺度等问题,且现有算法大多计算复杂,难以满足实时性需求。为了改善这些问题,本文提出了一种基于环视逆投影差分的移动机器人障碍物快速检测与定位新方法。该方法以水平地面为参考平面,对移动机器人上环视系统中相邻视角相机拍摄的图像进行逆投影变换,再经图像差分得到逆投影差分图,图中像素值为零的点位于参考平面,反之则位于参考平面之外,经过阈值化、滤波后即可用来区分参考平面与非参考平面目标,实现其视场公共区域内障碍物的快速检测;同时以逆投影差分图为基础,通过像素坐标系到机器人自身坐标系的转换可获得目标相对于移动机器人精准的位置信息。在实际场景中对5 m范围内不同类型、大小、距离的障碍物进行测试,平均检测精度为97.3%,平均检测耗时为46 ms/帧,平均定位误差为1.1%。实验结果表明,本文方法能快速有效地检测和定位移动机器人附近的动、静态障碍物。     

Demagnetization Analysis and Velocity Tracking Control of In-wheel Motor

The error caused by irreversible demagnetization damages the accurate velocity tracking of an in-wheel motor in a mobile robot. A current feedforward vector control system based on ESO is proposed to compensate it for the demagnetization motor. A demagnetization mathematical model is established to describe a permanent magnet synchronous motor, which took the change of permanent magnet flux linkage parameters as a factor to count the demagnetization error in velocity tracking. The uncertain dist...     

UWSNs节点运动模型及预测定位

为提高水下无线传感器网络(UWSNs)中动态节点的定位精度,降低通信能耗,提出采用节点的运动模型实现预测定位.考虑到近海监控网络中,潮汐运动是海水运动的主要成因,以粗略的近海潮汐运动模型为基础,以高斯径向基函数作为空间基函数构造节点的运动模型;利用K-medoids方法对模型中的高斯径向基函数中心进行聚类优化;提出了采用扩展卡尔曼滤波的方法实现模型系数的估计.考虑到普通节点与锚节点运动的空间相关性,设计了与到锚节点的距离相关的权重系数,以锚节点的运动模型系数估计普通节点运动模型中的系数,进而完成自身定位.对东经117.25°—132.2°,北纬24°—43.45°海域UWSNs的节点定位性能进行仿真分析,结果表明:所提出的节点预测定位方法的定位性能较高,定位覆盖度和定位精度高于SLMP方法和MP-PSO方法,平均通信能耗低于SLMP方法和MP-PSO方法.所提出的节点预测定位方法适用于大规模水下动态无线传感器网络定位.     

基于模糊控制的移动机器人路径跟踪

建立了履带式移动机器人的数学模型.模仿人工驾驶过程中的预瞄行为,提出了一种移动机器人路径跟踪的模糊控制方法.用距离误差和预瞄角度误差作为控制量建立角速度控制器,实现对匀速行驶移动机器人的路径跟踪控制.LabVIEW仿真结果表明,提出的模糊控制方法能够保证移动机器人快速、准确的沿规划路径行驶,具有良好的鲁棒性.     

直进轮式微型管道机器人的行走系统设计

微型管道机器人是一种适合小口径管内移动作业的微型机器人,其移动机构是机器人研究领域重要的研究内容之一.介绍了直进轮式微型管道机器人行走机构的设计.提出了管道内受限微机器人的动力学模型,并分析了微型管道机器人的动力学稳定性.该移动机构具有结构紧凑,驱动效率高,安装方便,工作可靠,成本较低的特点.     

一种工业机器人柔性在线坐标测量系统

结合白车身焊装过程尺寸监控的实际需要,设计了一种基于机器人和视觉测量的在线坐标测量系统,提出利用机器人运动学模型计算坐标后进行坐标平移修正的方法,有效消除运动学模型与参数误差,充分利用机器人较高的重复定位能力,提高了测量系统精度,并且测量系统具有较高柔性,可以测量空间任意点,快速计算修正值,保证被测点的坐标精度,全面满足柔性生产线的测量需要。与三坐标测量机的比对实验证明,本系统99%测量点的测量误差小于0.4mm。     

Design of dead reckoning system for mobile robot

A dead reckoning system for a wheeled mobile robot was designed, and the method for robot＇s pose estimation in the 3D environments was presented on the basis of its rigid-body kinematic equations. After analyzing the locomotion architecture of mobile robot and the principle of proprioceptive sensors, the kinematics model of mobile robot was built to realize the relative localization. Considering that the research on dead reckoning of mobile robot was confined to the 2 dimensional planes, the locomotion of mobile robot in the 3 coordinate axis direction was thought over in order to estimate its pose on uneven terrain. Because the computing method in a plane is rather mature, the calculation in height direction is emphatically represented as a key issue. With experimental results obtained by simulation program and robot platform, the position of mobile robot can be reliably estimated and the localization precision can be effectively improved, so the effectiveness of this dead reckoning system is demonstrated.     

基于视觉的移动机器人轨迹跟踪

借助视觉反馈,研究了质心与几何中心不重合的非完整移动机器人轨迹跟踪控制问题。利用固定在天花板上的摄像机系统,作者提出了一种基于视觉伺服的运动学跟踪误差模型;基于这个模型,在质心与几何中心和视觉参数未知的情形下,作者设计了自适应轨迹跟踪控制器,并运用李雅普诺夫方法严格证明了闭环系统的稳定性。Matlab仿真证明了控制器的有效性。     

机器人位姿误差校正方法

在建立机器人误差模型的基础上，利用机器人齐次座标变换中的重要特点，提出了一种简便实用的位姿误差校正方法，该方法与机器人精度测试相结合可提高机器人位姿精度，并以PUMA560机器人为例说明了该方法。     

非平坦地形下移动机器人航迹推测方法研究

精确可靠的航迹推测是实现移动机器人自主导航的一个极为关键的环节.针对一个3 摇杆6驱动轮的移动机器人实验平台,本文提出了其在非平坦地形下的航迹推测方法.通过运动机构的分析,获得了移动机器人自身的位姿及运动参数.基于非平坦地形下运动机构间的刚体约束,建立了机器人的运动学模型.采用编码器、光纤陀螺仪和倾角传感器等测量机器人的动态参数信息,依据其运动学模型实现非平坦地形下的航迹推测、仿真,并分析验证了航迹推测方法的有效性,从而提高了移动机器人自主导航的定位精度.     

未知室外环境下移动机器人的三维场景重建

针对传统最近点迭代（iterative closest point,ICP）算法的局限性与大型室外场景的特点,在处理算法速度、算法精度以及迭代陷入局部最小问题等多个方面提出了改进的ICP配准算法.并且在处理多帧匹配问题时,提出了新的在线多帧匹配方法与减小累积误差的离线多帧匹配方法.利用改善的ICP算法与多帧匹配方法,依靠三维激光雷达与移动机器人,重建了室外场景,形成了完整的室外三维地图,为实现未知室外环境下移动机器人的定位与导航打下基础.实验表明,该方法快速、精度高、鲁棒性强,适用于重建大型复杂的室外环境.     

非平坦地形下移动机器人航迹推测方法研究

精确可靠的航迹推测是实现移动机器人自主导航的一个极为关键的环节.针对一个3摇杆6驱动轮的移动机器人实验平台,本文提出了其在非平坦地形下的航迹推测方法.通过运动机构的分析,获得了移动机器人自身的位姿及运动参数.基于非平坦地形下运动机构间的刚体约束,建立了机器人的运动学模型.采用编码器、光纤陀螺仪和倾角传感器等测量机器人的动态参数信息,依据其运动学模型实现非平坦地形下的航迹推测、仿真,并分析验证了航迹推测方法的有效性,从而提高了移动机器人自主导航的定位精度.     

单目视觉自然路标辅助的移动机器人定位方法

针对很多场合下GPS信号会受到遮挡而无法使用,导致机器人定位精度下降很快的问题,提出一种基于单目视觉自然路标辅助的机器人绝对定位方法.在导航环境中的若干位置预先建立视觉路标库.机器人在利用惯导（INS）定位过程中,同时对采集到的单目图像和库中的视觉路标进行匹配.建立基于全局特征信息（GIST）和快速鲁棒算子（SURF）局部特征相结合的在线图像快速匹配框架,同时结合基于单目视觉的运动估计算法修正车体航向.最后利用卡尔曼滤波将视觉路标匹配获得的定位信息和INS有效地融合起来.结果表明,该方法有效地提高在GPS受限情况下惯性导航定位的精度和鲁棒性.     

机器人双目视觉系统的标定与定位算法

介绍了双目视觉系统的构成,选用简单实用的张正友标定法对系统使用的两个CCD摄像机进行了标定.基于双目视觉系统,提出一种计算物体位置信息的解析解方法——投影法,利用标定结果对不同位置进行深度信息测量,通过计算结果分析,基于视觉信息探测到的位置信息在1500mm范围内,3个方向的误差分别为0.72mm,0.69mm,20.96mm,验证了方法的正确性.     

基于点球约束的七自由度机器人误差建模与参数辨识

自动化装配对于机器人绝对定位精度提出了更高的要求,由于各种误差因素的影响,机器人理论位姿和实际位姿总是存在着一定的误差,若绝对定位精度过低,容易导致装配过程中零部件之间发生碰撞,严重影响着装配机器人的应用与推广。标定技术是提高定位精度的主要手段,误差建模、数据测量、参数辨识是标定与误差补偿过程中的重要环节。为此,提出了一种基于点球约束的机器人误差建模与参数识别方法：1)通过在机器人末端安装的六维力传感器反馈末端受力情况控制机器人以多种姿态使标定锥与靶标球球面重合,记录接触时各关节的位置数据;2)以靶标球球体半径为适应度函数,利用遗传算法辨识误差参数,从而建立完整的误差补偿模型。以自主研制的七自由度装配机器人为研究对象,针对装配机器人的结构特点,由正向递推建立机器人的正运动学方程,应用固定关节法与反变换法获得机器人逆运动学方程;基于D-H模型,建立机器人的运动学误差模型,在理论研究中,预设定误差参数与位姿变换矩阵,通过牛顿迭代法获取了关节变量值,将关节变量值代入正运动学方程进行验证,利用遗传算法进辨识误差参数,将辨识结果代入运动学模型中进行验证,机器人定位精度得到明显提高。通过实验,采用点球式标定方法采集机器人关节数据,应用遗传算法辨识误差参数,将所求得的误差参数代入误差模型中进行实验,绝对定位精度提升了76.74%,验证了基于点球约束的机器人误差建模与参数识别方法的有效性,为多自由度机器人标定研究提供有益参考。