面向轮式机器人导航的轨迹推演

基于满足低成本轮式移动机器人平台的导航需求为目的,通过轮式机器人的运动模型,深入分析轮式机器的状态,实时地解算轮式机器人的相对位移和航向角,之后给上位机发送相对位移和航向角数据进行估算解析,最后通过解析出来的数据推演出轮式机器人的实时轨迹。实地实验验证了轮式机器人相对位移解算以及对上报数据进行解析算法的性能。本算法为轮式机器人的轨迹估算推演提供了新思路,实验结果证明了该算法的正确性与实用性。     

工业装配机器人轨迹规划算法研究

针对装配机器人运动过程中的振动和机构冲击问题,提出一种正弦加速、直线插补和五次多项式插值相结合的轨迹规划算法。采用正弦加速的插补算法解决了震动问题,采用分段轨迹规划的方法优化了机器人运动轨迹,减少了机构冲击。通过Matlab轨迹仿真和三菱rv-13f机器人实验验证表明,所提算法规划出的机器人运动轨迹连续、平滑且无冲击。通过与常用算法比较证明该算法提高了装配机器人运动的平滑性,有助于减少机构间的冲击,延长机器人的使用寿命。     

轮式机器人双环轨迹物联网安全传感控制技术

针对轮式机器人控制过程中显著非线性、非完整约束动力学问题,结合物联网传感技术、双环积分滑模控制技术,提出一种轮式机器人运动轨迹的自动控制方法。采用感知层、网络层、应用层架构物联网,添加安全传感节点。利用最小二乘估计法处理传感节点信号,根据各基站与待定位节点间的信号到达时间差,获取机器人位置。针对轮式机器人的非完整约束动力学模型,利用双环积分滑模控制技术,结合内外环控制律,构建基于积分滑模面的内外环控制模型,实现轮式机器人轨迹安全传感自动控制。实验结果表明,所提技术的控制轨迹与期望轨迹拟合情况良好,可以达成预期控制目标。     

基于可视图法的改进Dijkstra算法

针对基于可视图的Dijkstra单向最短路径规划算法难以加入飞行性能约束的问题,将飞行轨迹视为一系列直线和圆弧,利用转弯离开点与进入点构建三圆弧组合实现避障转弯,成功地在算法中引入最小转弯半径约束。采用纯数学公式推导,详细介绍了推导过程。算法减少了无关节点运算,提高了查询与规划最短路径效率。通过对比仿真,验证了算法有效性。     

基于MATLAB Robotics Toolbox的四足机器人轨迹仿真与优化

仿生四足机器人的足端轨迹对其运动状况具有重要作用。MATLAB Robotics Toolbox可用于机器人的建模、求正反解、末端轨迹规划等仿真与分析工作。四足机器人末端只有3个自由度的结构,通过MATLAB Robotics Toolbox来求解与仿真存在一定的缺陷。文中通过研究该工具箱的底层函数,发现出问题的原因是其中的“ikine”函数不适用。文中通过改用反解公式来代替"ikine"函数,对该工具箱进行有针对性的二次开发。同时,增加优化算法对逆向运动学的多解问题按照角度变化最小原则进行优选。对设定轨迹的实时动态仿真结果显示其行走的过程自然平缓,关节转动特性曲线在合理范围内,证明了该优化算法的有效性与合理性。     

多传感器信息融合在轮式机器人运动控制中的应用

分析建立和实现多传感器信息融合模型的基本过程,依据多传感器信息融合技术来达到补充信息和协同信息的目的,从而达到控制轮式机器人运动的作用。轮式机器人可以在运行轨迹为40-100cm半径范围的圆周上灵活自主的调整轨道半径;当运动到擂台边缘5cm附近的位置机器人会自动检测,然后依据自身姿态来合理调整运行情况,保证系统控制机器人运动。     

无人车位姿调节轨迹规划方法

无人车在泊车、接驳、充电等过程中需要调节自身位姿达到任务要求的目标状态。对于采用阿克曼结构的轮式无人车由于存在非完整约束,不能直接到达目标,在环境中存在其它障碍物时,其轨迹搜索的效率低,而且轨迹质量差。针对这一问题,提出将轨迹规划解耦为路径规划和速度规划,路径规划考虑无人车转向系统的约束,利用改进的Reeds-Shepp曲线生成曲率连续变化且有界的距离最优路径。速度规划考虑无人车驱动系统的约束,根据路径上无人车的运动方向将路径分为离散的路径片段。在路径片段上采用指数函构造速度轮廓,保证速度及其高阶导数光滑有界。将速度轮廓叠加到相应的路径片段上得到参考轨迹。最终生成的轨迹满足车辆的转向和驱动特性,并有助于减少轨迹跟踪误差。     

仓储物流机器人集群避障及协同路径规划方法

基于智能机器人的智能仓储系统为解决因电子商务兴起带来的仓储物流压力提供了有效的方案。而机器人集群的避障及路径规划问题是智能仓储系统能否正常运行以及提升其运行效率的关键所在。该文创新地提出一种在交通规则和预约表约束下的基于改进Q-Learning算法的仓储物流机器人集群避障及协同路径规划方法。通过改进的Q-Learning算法规划出每个机器人完成任务目标的最短路径并形成预约表,利用交通规则和预约表解决仓储物流机器人集群在运行时发生的碰撞和死锁问题,并根据所设定的协同机制,减少机器人无任务的待机状态,平衡各机器人之间的工作量,最终实现在保证系统安全运行的基础上缩短系统运行时间的目的。通过Matlab对该文所设计的算法进行仿真,以系统无碰撞完成所有任务的运行总时间即系统中最后一个完成任务的机器人无碰撞运行的总步数为评价指标,验证了该方法的有效性。     

红外运动目标轨迹重构动态仿真平台

提出了一种红外热成像视频中运动目标识别追踪以及轨迹重构的动态仿真方法。通过仿真环境中虚拟红外图像的生成方式与成像的基本模型,对得到的图像进行一系列预处理。以空对空场景搭建了基于Gazebo与OpenCV的动态仿真平台,利用平滑约束算法对追踪目标进行实时动态轨迹重构,提出了误差分析模型,并分析出轨迹重构算法的性能以及仿真平台的效能。实验结果表明,该方法针对空对空场景下的红外运动目标轨迹重构具有较好的精度与鲁棒性,对目标的运动模型基本没有约束,同时仿真平台具有较高的运行效能与实时性,普通家用电脑即可实现高于60 fps的实时动态仿真,满足轨迹重构算法性能测试与训练的需求,其核心算法亦可迁移至机载计算平台实现真实场景下的实时轨迹重构。所提出的单路热成像视频中运动目标轨迹重构动态仿真方法对空间目标三维轨迹重建与动态测距定位的研究具有重要意义。     

基于拉格朗日方程的4-DOF机器人运动分析

以4-DOF串联机器人为例,对影响机器人末端执行器轨迹偏差的各种影响因素进行了分析,同时建立了机器人的误差模型。选取5个任意点作为机器人在搬运物品时的运动轨迹,根据机器人逆运动学来求解方程而得到各个关节的转角变化方程式,计算出机器人的正运动学模型,并通过Matlab仿真得到机器人运动的理论轨迹;应用拉格朗日方程建立机器人的动力学方程,分析了机器人运动时的重力、惯性力影响机器人运动的实际轨迹与理论轨迹的偏差。结果说明,在机器人的设计及制造装配过程中,通过控制结构误差的大小,可以降低机器人在高速运行时的轨迹误差,为不同精度要求的机器人结构设计提供简单、有效的理论支持。     

工业机器人空间轨迹仿真分析

机器人的建模与轨迹规划是机器人控制的基础。针对ABB_IRB120型工业机器人的结构特点,通过D-H法建立数学模型,运用蒙特卡洛法分析工作空间。文中采用MATLAB Robotics Toolbox对该型机器人进行运动学仿真和两点之间的点对点轨迹规划。针对Robotics Toolbox轨迹规划功能的局限性,通过二次开发,增加了循环算法,扩展该工具箱的轨迹规划应用范围,使模拟的机器人末端执行器能够生成连续的复杂空间运动曲线。最后对平面余弦曲线及空间螺旋曲线进行实时仿真,结果显示所生成的轨迹与设定轨迹基本吻合,运动参数有效性达到95.2%以上,证明了该算法的可行性和有效性。     

基于自适应卡尔曼滤波的侧滑移动机器人运动模型估计

精确实时在线的运动模型对于侧滑移动机器人的运动控制和轨迹规划至关重要,相比于离线模型估计,该文在基于速度瞬心(ICRs)的侧滑移动机器人运动学模型基础上,采用扩展卡尔曼滤波(EKF),在同一特定地形下在线准确得到ICRs的参数值;并针对不同的地形情况,采用k-近邻法对地形进行分类,实时判别机器人当前运行的路面,采用自适应的卡尔曼滤波器(AKF)调整滤波器参数。仿真和实验对比表明,该方法在同一地形和变化地形下均能快速估计出侧滑移动机器人的运动学模型,收敛时间均为3 s以内,可以满足实际使用的需要。     

基于免疫进化算法的轮式移动机器人非完整运动规划

本文阐述了轮式移动机器人非完整运动的最优规划问题,在系统的非完整特性基础上,将轮式移动机器人的运动规划转化为非线性系统最优控制问题。在最优控制中引入了人工免疫算法,替代了传统的迭代方法,提出了基于人工免疫算法的非完整运动规划的最优控制方法。通过抗体编码和亲合力函数给出了算法的具体实现步骤,并且进行了仿真实验。实验结果表明算法的有效性和可行性。     

可轮式运动的小型双足机器人控制系统设计

设计了一种可轮式运动的小型双足机器人控制系统。以单片机为核心控制器,采用舵机驱动关节完成足式运动,采用直流电机驱动车轮完成轮式运动。HMR3000作为传感器进行姿态角检测,辅助机器人完成各种运动。分析了其足式运动、轮式运动和轮足互换的过程并进行了实验验证。结果表明,控制系统为机器人提供了很好的运动控制平台,满足机器人的控制要求。     

装配机器人的运动学分析与仿真

文中对装配机器人进行运动学分析,并采用D-H方法获得了运动学正解、运动学逆解,为机器人运动学轨迹规划打下基础。使用MATLAB获得工作空间,利用逆解并根据运动过程的要求,对装配机器人进行了轨迹规划。将MATLAB中规划轨迹的结果在ADAMS中进行了虚拟仿真,获得的实验数据为装配机器人运动过程的研究和结构优化提供理论依据。     

动态规划算法在运动点目标检测中的应用研究

序列图像中低信噪比运动点目标的实时检测算法,是许多实时处理系统中的关键算法之一。该文在对面临的实际问题与对检测算法分析的基础上,详细阐述和研究了利用LS线性预测器的动态规划能量累积算法,并根据仿真实验的效果,指出此算法较直接动态规划能量累积算法可最大程度地降低能量扩散,减少团聚在目标周围的虚警目标点,十分利于后续轨迹关联检测处理.     

基于CCD的循迹机器人小车模糊控制方法研究与实现

设计一种基于STM32为主控芯片的循迹机器人小车,用CCD摄像头作为路径识别装置,采用边缘检测算法提取路径中线,根据小车的速度与转弯半径,采用模糊控制调节小车左右轮的速度差,达到路径识别与跟踪的目的。设计中通过建立里程计模型把小车的实时理想位置通过蓝牙传送至PC端,PC端通过数据处理将理论轨迹和实际运行轨迹进行对比,实验结果表明,小车可以依靠CCD摄像头很好地识别任意路径轨迹,在不同的运行速度下,模糊控制都有较理想的循迹控制效果。     

一种轮式机器人轨迹跟踪控制算法的研究

针对轮式机器人轨迹跟踪控制问题，提出了一种轨迹跟踪控制算法。通过对轮式机器人进行运动学分析，建立了运动学模型来描述其在水平面内的运动规律；提出了轨迹跟踪控制算法，并对迹跟踪控制算法进行仿真试验，直线轨迹跟踪的纵向偏差 0.09m，横向偏差 0.06m， 航向角偏差 3.7°；曲线轨迹跟踪的纵向偏差 0.13m，横向偏差 0.09m，航向角偏差 5.1°。仿真试验结果表明本研究所设计的轨迹跟踪控制算法具有良好的动态响应，可以支撑实际应用。     

基于机器视觉的机器人运行自动化控制方法研究

由于传统机器人运行控制方法存在处理信息较多,导致实际机器人在应用环境中行动轨迹误差较大。因此,现提出基于机器视觉的机器人运行自动化控制方法。首先,基于机器视觉处理目标图像并定位,将识别的图像数据恢复成相应的灰度图再进行定位。其次,规划机器人位姿轨迹,得到其端部的位姿和杆件的相对位置关系。最后,控制机器人运动路径。实验结果 ：相较于方法 1的误差值最大减少了9.4mm,相较于方法 2减少了10.4mm,因此可以看出该方法对于机器人自动控制的有效性。     

基于不完美CSI的低轨卫星通信系统鲁棒资源分配算法

为了解决低轨卫星通信系统因资源受限导致的能量与速率不平衡的问题,同时考虑信道不确定性对实际卫星通信系统性能衰退的影响,该文提出一种基于最大化最小能效的鲁棒资源分配算法。首先,考虑每个用户中断速率约束、功率分配系数约束和最大发射功率约束,基于高斯信道不确定性,构建了联合优化卫星波束成形向量与功率分配因子的鲁棒资源分配模型。所描述的问题是一个含参数摄动的非凸、非确定性多项式难问题,很难直接求解。为此,基于丁克尔巴赫、伯恩斯坦不等式、半正定松弛和交替优化等方法将其转化为等价的凸优化问题,并提出一种基于迭代的混合鲁棒波束成形与功率分配算法。仿真结果表明,该文算法具有较好的能效和较强的鲁棒性。