动态环境下基于人工势场的足球机器人路径规划

人工势场法是足球机器人路径规划中常用的方法,传统人工势场法在静态环境中取得了很好的效果,但它不能够满足复杂的动态环境下实时规划的要求。本文将相对速度矢量引入人工势场,对势场函数进行改进,推导出基于速度矢量的引力函数和斥力函数。在新的势场函数作用下,机器人能够快速躲避障碍物并迅速到达目标位置,仿真结果验证了方法的有效性。     

基于强化学习的双足机器人的实时避障位置控制

为了提高双足机器人的实时控制能力，提出一种基于强化学习的双足机器人的实时避障位置控制方法。以机器人的双足步行稳定性为控制目标函数，构建双足机器人的实时路径动力学模型，以机器人质心运动的加速度和惯性力矩为被控对象，采用等效碰撞子模型进行双足机器人的实时避障路径规划，采用碰撞子模型和摆动子模型相结合的方法，进行双足机器人行走路径的纠偏参量反馈调节，采用模糊强化学习跟踪方法，进行双足机器人的误差增益控制，实现双足机器人的实时避障位置控制。仿真结果表明，采用该方法进行双足机器人控制的实时避障性能较好，纠偏能力较强，提高了机器人的自适应控制能力。     

Control of biped walking robot for human living environment

This paper introduces biped robot adaptation to human living environment from viewpoints of battery operation time extension and environmental recognition. These issues are important when robots actually work at home. First, in order to extend battery operation time, we propose energy-saving bipedal locomotion gait. The problem is formulated as an optimal control problem, which is conventionally hard to solve when a target system is complicated. In this paper, partial derivatives appeared in optimal control problem are implicitly represented by using automatic differentiation technique. This approach enables complicated optimal control problem solvable. In combination with receding horizon control, its computation cost is also reduced. Second, we introduce the biped walk tracking based on the camera image mounted on the walking robot, and the visual servoing by the posture change for the purpose of the target image tracking in the camera frame. We propose a new control law to track the rotated target object using the characteristic of the walking, which considered the interference between translational motion and rotational motion. The decoupling is realized by simulations and experiments. As a result, the walking robot tracked the translated and rotated target object without a practical issue. Copyright © 2009 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

一种竞赛型双足竞步机器人设计与研究

机器人的应用研究是目前研究热点,双足机器人是一种仿生类型的机器人,能够实现机器人的双足行走和相关动作。本文应用单片机控制技术、电机驱动技术等,设计了一种双足竞步机器人,并给出了机器人的硬件结构和控制程序,通过实验验证了本文所设计的双足竞步机器人到达到了设计预期和要求。通过3年的实践和应用扩展,本文所设计的双足机器人具有稳定性好、运行速度快的优点,结构简单、制作成本低,具有一定的扩展应用价值和意义。     

一种基于改进人工势场法的局部路径规划算法

针对在存在复杂障碍物的环境中,利用人工势场法进行移动机器人路径规划时出现的局部最小值和目标不可达问题。本文提出了一种基于凹形障碍物补齐的改进人工势场法进行局部路径规划。首先,通过对凹形障碍物补齐,防止机器人进入局部最小值区域。然后,通过新增距离影响因子,改进了斥力场函数,使目标点成为全局势场中的最小点,防止机器人陷入目标不可达区域。最后仿真结果表明,本文所提出的改进人工势场法可以解决存在复杂障碍物的环境中的局部最小值问题和目标不可达问题,并且相对于其他算法,可以有效减少路径补偿,提高规划效率。     

复合扰动下双足机器人位姿修正解耦控制研究

双足机器人在驱动步行中受到活动部件的复合扰动作用容易产生耦合误差,导致解耦控制的稳定性不好,为了提高双足机器人驱动步行中的解耦控制的稳定性,提出一种基于变步长动态平衡反馈调节的双足机器人驱动步行位姿修正解耦控制方法。采用分布式传感器阻力力学采集方法进行双足机器人的姿态参量测量和动态融合处理,构建双足机器人驱动步行位姿修正解耦控制的约束参量模型和控制目标函数,采用Kalman滤波方法进行双足机器人驱动步行的地面环境适应校正和误差修正,采用变步长动态平衡反馈调节方法确定精准的驱动步行姿态参量,实现双足机器人准确的姿态定位和参量解算。仿真结果表明,采用该方法进行双足机器人驱动步行姿态定位控制的准确度较高,环境适应性较好,实现零误差驱动步行,提高了双足机器人的控制品质。     

Gait control for redundant legged biped robot at constant velocity and constant height of the waist

In this paper, we propose a gait control method for redundant legged biped robot based on leg center of mass (COM) position control at constant velocity and constant height of the waist. The developed biped robot has redundant legs, which have four degrees of freedoms (DOFs) on each in the sagittal plane. The redundant DOF enables movement of its leg tip position and its leg COM position independently. Therefore, the proposed robot has structural capability to control the leg COM position for maintaining the projection of the total COM inside the support polygon without upper body motion. Such capability enables the stable static walk in the arbitrarily desired velocity and height of the waist motion. The validity of the proposed method for the static walk at constant velocity and constant height of the waist in the leg COM position control for redundant legged biped robot is confirmed by several results of simulation and experiment. © 2006 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 156(4): 51–59, 2006; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20357     

A control method based on modal transformation for biped robots to climb unknown steps

This paper proposes a control method based on a modal transformation for biped robots to climb unknown steps. The method is able to control the foot position of the biped robot and the ground reaction force acting in the vertical direction when the biped robot climbs unknown steps in a double support phase. The effectiveness of the proposed method is confirmed by the results of simulations and experiments. © 2012 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 181(3): 59‐69, 2012; Published online in Wiley Online Library ( wileyonlinelibrary.com ). DOI 10.1002/eej.21265     

基于人工蜂群算法优化支持向量机的接地网腐蚀速率预测模型

为了提高接地网腐蚀速率预测的精确度,在建立预测模型的过程中,首先对接地网进行了基于电网络理论的腐蚀诊断过程,并以经过诊断之后确定的腐蚀支路位置为采样点。考虑到仅以土壤理化性质反映接地网腐蚀速率的局限性,在接地网腐蚀诊断结果的基础上,提出接地网电阻平均增长速率作为预测模型的输入特征量之一。建立了基于人工蜂群优化支持向量机的接地网腐蚀速率预测模型,测试结果显示相对BP神经网络模型和广义回归神经网络模型,所提模型的预测结果精确度和稳定性更高,表明了对于解决接地网腐蚀速率预测问题,所提模型具有良好的适用性。     

Position and altitude tracking control for toe support phase of biped walking robot

No paper has been published on the active use of the foot toe of biped walking robots. In other words, the sole of the supporting leg is usually assumed to completely contact the ground. To maintain this condition, the robot walking has a restriction such as the maximum walking speed limitation. If the point contact of the toe to the ground through walking is available, a variety of walking can be realized. In this paper, a new control method for biped robots, in which the contact of the sole to the ground becomes a point contact, is proposed. The COM (Center of Mass) and swing leg can track the desired path and each heel joint angle can be controlled by the proposed controller while a biped walking robot is following a forward falling. Therefore, the motion of the body does not need to be limited to quiet motion. The proposed method is verified by simulation and experimental results with “Ken,” a six‐joint DOF biped robot. © 2006 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 157(1): 72–79, 2006; Published online in Wiley InterScience ( http://www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20094     

基于改进蜂群算法的工业机器人路径规划研究

针对工业机器人在复杂环境中运动的避障及路径优化问题,提出基于改进人工蜂群算法的工业机器人避障路径规划策略。首先针对传统人工蜂群算法搜索能力不足且容易陷入局部最优的问题,将禁忌搜索思想引入到人工蜂群算法最优解搜索过程中,形成了基于禁忌搜索的改进型人工蜂群算法,然后将其应用到工业机器人的路径规划问题中,并进行了仿真实验。结果表明,改进后的方法能够得到最优的路径,且寻优速度快、过程稳定。该方法可用于解决工业机器人路径规划问题。     

基于二次向量场的暂态稳定性快速数值计算方法

时域仿真是研究电力系统暂态稳定性的重要手段.该方法主要涉及微分代数方程(DAE)的数值求解.目前,电力系统暂态稳定性仿真最常用的方法是先用隐式梯形法离散常微分方程,再用拟牛顿法求解非线性方程组.对于大规模电力系统,这种仿真方法非常耗时,因为在每一步的积分过程中通常需要多次迭代.提出了一种基于Kahan方法的数值方法来实...     

基于LSTM的风矢量预测方法

从特征工程角度对风速与风向间的相关性进行分析,结果表明,风速与风向包含的特征信息不同,可以同时将其作为输入变量,用于训练模型。该结果也为输入变量时间长度的选择提供了依据。将风速分解为东西及南北方向2个正交的一维变量,以防止多维变量增加方法复杂度。采用长短时记忆神经网络(LSTM)分别对2个方向风速训练预测模型,并将预测结果还原为风速与风向预测数据。实验结果表明,所提方法能够更好地捕捉风速与风向中的信息量,在风速与风向的预测误差分别小于1.0 m/s和5°时,预测准确率可达到90%以上。     

NdFeB永磁体磁学性能的支持向量回归预测

根据均匀设计方法制备的Nd Fe B系永磁合金样品实验数据,应用基于粒子群算法(PSO)寻优的支持向量回归(SVR)方法,建立了磁性能与合金成分之间预测模型。留一交叉法结果表明磁性能与合金成分之间关系复杂,呈现高度的非线性。表征磁性能的剩磁Br、矫顽力Hcj和磁能积(BH)max的平均绝对百分误差分别为0.53%、3.90%和1.73%,相关系数(R2)分别高达0.839、0.967和0.940。该方法有效地预测了Nd Fe B粘结磁体的磁性能,为实验工作者研究合金成分与磁性能之间关系提供了理论指导。     

对特高压变电站巡检机器人路径规划改进蚁群算法的研究

针对当前变电站巡检机器人路径规划算法存在的规划和适应性较弱等问题,在特高压变电站巡检机器人系统结构的基础上,提出了一种结合蚁群优化算法和人工势场算法的特高压变电站路径规划方法.将蚁群算法的传统单向搜索改进为双向搜索,在启发因子中加入人工势场力的合成方向,并对转移概率进行改进.通过栅格法构建特高压变电站仿真环境,进一步验...     

基于APSO-GSA和相关向量机的短期风电功率预测

精确的短期风电功率预测建模对于提升新能源电力系统经济稳定运行十分重要。针对传统预测方法在小样本学习、精细化建模、概率性预测等方面的不足和易陷入局部最优的影响,首先以相关向量机(RVM)理论为核心,建立了基于RVM的风电功率预测模型。然后,针对万有引力搜索算法(GSA)缺少跳出局部最优机制和群体记忆功能,提出了一种结合自适应粒子群算法(APSO)的APSO-GSA混合优化算法,利用该算法对RVM模型参数进行优化。最后,以中国西北某风电场运行数据为例进行验证。结果表明,所提方法具有更高的建模精度和更快的收敛速度,实现了利用少量样本和简单模型对未来时刻风电功率的精确预测。     

基于支持向量机的锅炉煤质预测模型

通过基于统计学习理论的支持向量机建模和机理性的分析及推导,给出了2种不同的电厂锅炉煤质预测模型,并结合现场试验数据,给出2种方法不同的预测结果及评价.验证了支持向量机建模对于火力发电厂煤质监测具有较高的应用价值.     

基于协整和向量误差修正的轴承剩余寿命预测

针对传统机器学习出现“伪回归”问题,忽视非平稳序列间的长期依赖关系,提出协整理论和向量误差修正模型预测滚 动轴承的性能退化趋势,进而预测其剩余使用寿命(RUL)。 首先从振动信号中提取峭度值、峰峰值和均方根值,并分析其平稳 性。 然后检验 3 种时域特征的协整关系,根据检验结果来建立向量误差修正模型,并对模型进行残差分析,分析结果接近于高 斯白噪声分布,表明模型良好。 最后利用该模型预测轴承性能退化趋势和 RUL,并使用均方根误差(RMSE)、平均百分比误差 (MPE)、平均绝对百分比误差(MAPE)和 Theil 不等系数来定量评估预测结果。 实验结果表明,提出的向量误差修正模型相比 于差分平均移动自回归-卡尔曼滤波模型,具有更高的预测精度,并简化了建模过程。     

一种基于矢量电场的多电极电场梯度计算优化方法研究

通过对变电站中电气设备电场梯度信息检测计算方法进行研究,结合矢量电场多电极梯度信息,使用压缩感知贪婪重构算法对电场检测计算方法进行优化,对电场梯度信息进行有效识别,提高电压等级检测判断的准确率。该方法通过分析带电体周围电场信息,能够准确地计算出高电压导体周围的电场分布和电压等级。通过在110 k V变电站复杂工频电场环境中进行试验,获取带电载体一个间隔的场强分布。实验分析表明,该方法可以有效提高带电载体电压等级的检测能力和对带电体周围电场信息的响应速度,提高了工作人员在复杂工频电场环境下工作的安全性。