机器人关节间的碰撞检测

将多臂机器人机械臂和各运动关节简化为圆柱体，通过计算两圆柱体中心线间最短距离来进行机器人的碰撞检测研究。通过总结提炼两空间线段间的相互位置关系，在进行解析、推导的基础上，提出了7个有意义的解析几何推论，直接可得出两空间线段间的最短距离，然后根据得出的结果，设计了一个机器人运动关节间的碰撞检测算法。该算法程序设计简单，计算量小，能有效地满足实际应用需要。     

基于卷积力矩观测器与摩擦补偿的机器人碰撞检测

针对常规工业机器人在未知环境下运行时可能产生碰撞的安全性问题,提出一种新型的机器人碰撞检测算法. 设计卷积力矩观测器,通过实时观测关节输出力矩与动力学估计力矩的偏差实现机器人碰撞检测. 为了避免机器人处于不同位姿、运动状态等情况下关节摩擦对机器人碰撞检测的干扰,采用静态LuGre模型对关节摩擦进行补偿. 通过对实际工业机器人的运动监测,辨识出更加准确的静态LuGre模型参数. 该碰撞检测算法无需加速度信息,避免了对位置反馈信息二次求导所带来的计算误差. 关节力矩基于关节伺服驱动的电流信息获取,无需安装专门的力/力矩传感器,从而在常规工业机器人无需额外配置的情况下,只需采集机器人关节驱动电机电流和位置信息即可实现碰撞检测. 通过人与机器人交互实验验证了该碰撞检测算法的有效性.     

用神经网络求解空间中两凸多面体间最短距离

求解空间中两凸多面体间最短距离是机器人规划系统中的普遍问题,碰撞检测是它的一个特例,目前一般采用梯度映射方法[1,2]。提出一种基于人工神经网络的求解空间中两个凸多面体间的最短距离的算法,实验结果表明这是一种行之有效的方法。     

改进人工势场法的冗余机械臂避障算法

针对传统人工势场法应用于串联型冗余机械臂避障时无法约束各关节位姿、陷入局部极小后难以逃离的问题,提出一种改进人工势场法.建立冗余机械臂运动学模型,采用线段球体包络盒模型进行碰撞检测.在笛卡尔空间内建立末端引力势场和障碍物斥力势场,在关节空间内建立目标角度引力势场,所有势场共同作用引导机械臂运动.在关节空间内求解虚拟目标角度并采用高斯函数建立虚拟引力势场处理局部极小问题.利用七自由度冗余机械臂进行仿真和实验,结果表明:算法可约束各关节位姿,陷入局部极小后可引导机械臂逃离局部极小,最终完成避障;避障结束时各关节角度最大误差为0.8°,末端平均位置误差和平均姿态误差分别为0.010 m和2.40°,均小于传统算法;避障过程中各关节运动幅度小于传统算法.改进算法可引导机械臂逃离局部极小并完成避障,同时提高避障结束时各关节及末端的定位精度,对冗余机械臂的避障研究及应用具有一定的指导意义.     

双机器人协调系统的碰撞检测问题研究

针对双机器人系统松协调状态下的运动,研究了其在公共空间中的碰撞检测问题．在已知两机器人运动路径的前提下,利用简单几何模型对机器人进行建模,通过求解模型间的Euclidean长度来表示任意时刻两机器人间的距离,并利用Lagrangc：乘子和Kuhn-Tucker条件优化求解最短距离来实现对碰撞的检测,通过引入位置参数,可以将三维的碰撞空间转化为二维的碰撞区域,并在双MOTOMAN UP6机器人系统中对该问题进行了仿真试验,为进一步开展双机器人系统无碰撞轨迹规划问题的研究打下基础。     

自由漂浮空间机器人力矩最优轨迹规划算法

针对自由漂浮空间机器人的轨迹规划问题,提出一种基于粒子群优化算法的机械臂关节角驱动力矩最优轨迹规划算法.首先通过对自由漂浮空间机器人系统的动力学方程进行分析,给出了以机械臂关节角驱动力矩为目标函数的轨迹最优控制算法,并采用高阶多项式插值方法逼近机械臂关节角轨迹,结合粒子群优化算法对机械臂关节角轨迹进行优化求解.数值仿真表明,规划出的关节角轨迹平滑连续,在完成自由漂浮空间机器人姿态调整任务的同时,机械臂关节角驱动力矩降至最低.     

复杂环境建模与机器人避障规划研究

针对复杂环境下的机械臂作业问题,提出了一种基于空间凸多面体集模型的避碰路径规划方法。首先,给出一种利用空间凸多面体模型的复杂物体建模方法,该方法具有一套树型递归结构框架,能精确逼近任意形状的物体,并支持子物体之间的自由度连接,从而能恰当表示如多关节机械臂和电脑桌等带有运动自由度(关节转动、柜门开合、抽屉拉出等)的物体;然后,设计了一种基于直线扫掠体序列的碰撞检测方法,它能快速、准确地进行连续运动的机械臂与空间物体间的碰撞检测;最后,采用遗传算法实现了机械臂的避碰路径规划。在桌面上摆放多个复杂形状物体后,机械臂顺利完成了避障作业规划。仿真结果验证了算法的有效性,表明了其实用价值。     

空间三臂机器人在操作中的平衡问题

就三臂空间机器人的一臂与航天器固抓、一臂操作、第三臂作平衡协调操作的问题进行了理论研究,取得了在线动量和角动量守衡意义上的平衡操作结论.对一个在气浮平台上运动的简单的三臂空间机器人的实例进行了仿真计算,证明该方法是可行的.为三臂多关节空间机器人的平衡协调操作提供了一种实用的方法.     

运动物体仿真中的碰撞检测研究

针对运动物体仿真中碰撞检测的实际需要,对运动物体与地面的碰撞检测和运动物体与地面上其他物体的碰撞检测进行了研究,对方向包围盒（OBB）碰撞检测算法进行了设计,使VegaPrime中的碰撞检测由单一的线段变成了完整的三维物体。试验结果表明,通过对比例参数的控制,能产生具有预警机制或碰撞容忍度的碰撞检测包围盒。     

转向盘式六足机器人设计及全方位运动控制

基于转向盘的全方位步行机器人综合了腿式机器人与车辆方向盘的结构特征,为了对其运动性能及运动控制进行系统研究,介绍了该机器人的设计思想、机构特色及运动原理.建立了该机器人的等效操作臂模型,给出操作臂的雅克比矩阵,推导出操作臂在关节空间和笛卡尔空间下的动力学方程,以此给出了转向系统的非线性闭环控制模型.基于Adams与Matlab/Simulink对机器人全方位运动进行了PID联合控制仿真,并对样机模型进行了实验研究.结果表明:转向盘式步行机器人在全方位运动控制方面灵活性好,方向精度高,控制简单可靠.     

一种基于几何的空间管道碰撞检测算法

针对管道系统设计布置的具体特点和实际需要，将管道碰撞的含义延伸为管道净空距离设计要求，提出了一种基于几何的管道碰撞检测的实用算法：将管道抽象为两空间线段，首先判断管道的空间几何位置关系，然后计算两线段上最短连线长度，并与相应的设计要求距离比较，判断是否碰撞。根据数学极值理论和几何理论解释了算法的正确性。该方法考虑了阀门、弯头、三通等正常连接形式，适用于任何空间方位(水平、竖直或其他)、任何位置关系(共线、平行、相交、异面)的管道。实际应用表明，此方法能快速有效地检测出碰撞的管道。     

一种基于几何的空间管道碰撞检测算法

针对管道系统设计布置的具体特点和实际需要,将管道碰撞的含义延伸为管道净空距离设计要求,提出了一种基于几何的管道碰撞检测的实用算法:将管道抽象为两空间线段,首先判断管道的空间几何位置关系,然后计算两线段上最短连线长度,并与相应的设计要求距离比较,判断是否碰撞.根据数学极值理论和几何理论解释了算法的正确性.该方法考虑了阀门、弯头、三通等正常连接形式,适用于任何空间方位(水平、竖直或其他)、任何位置关系(共线、平行、相交、异面)的管道.实际应用表明,此方法能快速有效地检测出碰撞的管道.     

机器人路径规划的神经网络算法及优化

开发了一种基于碰撞罚函数的移动机器人路径规划神经网络算法,充分利用社会网络的融合性和并行性提高移动机器人路径规划算法的运算速度,取得了显著效果,并提出了局部部径修正和路径“张紧”两种算法,有效的解决了局部路径微小碰撞和最矩路径问题,实现了机器人路径的最优化,最后给仿真结果。     

符合国家标准的工程图中相交点画线算法

国家标准中,图形中心线的线型是细点画线,两条点画线相交,应是线段交接,为此提出一种算法,该算法为:任意地输入两相交点画线4个端点的坐标,根据设定的原则,计算出点画线的线段长度,绘制2条交接在线段处的点画线。该算法用于计算机绘工程图,使绘制出的工程图符合国家标准[1]。     

二维线段裁剪新算法

利用直线的斜率特性，将直线与窗口位置的判断转化为根据直线的斜率及窗口顶点与直线的相互关系后，再进行判断。这种新算法与现有的两种算法比较，完全可以丢充与剪裁窗口不相关的线段，并能直接确定线段与窗口边界的交点。由于冗余交点计算较少，新算法节省了计算时间，并提高了求交效率。     

轨道交通站间距优化模型的应用

目前,我国对轨道交通最优站间距的研究都是以乘客出行时间最小为优化目标,在此基础上,建立以轨道线路系统总成本(其中含乘客出行时间成本)最小为优化目标的站间距优化模型,并考虑用轨道乘客流量随站间距的概率分布来建立模型,最后结合西安地铁一号线,采用VF程序模拟搜索方法求解最优站间距,并对计算结果进行分析,得出站间距取1 00...     

Sonar Image Detection Algorithm Based on Two-Phase Manifold Partner Clustering

According to the characteristics of sonar image data with manifold feature, the sonar image detection method based on two-phase manifold partner clustering algorithm is proposed. Firstly, K-means block clustering based on euclidean distance is proposed to reduce the data set. Mean value, standard deviation, and gray minimum value are considered as three features based on the relatinship between clustering model and data structure. Then K-means clustering algorithm based on manifold distance is utilized clustering again on the reduced data set to improve the detection efficiency. In K-means clustering algorithm based on manifold distance, line segment length on the manifold is analyzed, and a new power function line segment length is proposed to decrease the computational complexity. In order to quickly calculate the manifold distance, new all-source shortest path as the pretreatment of efficient algorithm is proposed. Based on this, the spatial feature of the image block is added in the three features to get the final precise partner clustering algorithm. The comparison with the other typical clustering algorithms demonstrates that the proposed algorithm gets good detection result. And it has better adaptability by experiments of the different real sonar images.     

基于信息融合的故障行波定位网络算法

提出一种基于整个输电网行波信息的故障定位算法．通过分析故障行波到达电网中各变电站的时间关系,运用最短路径原则将复杂的输电网络简化成无环网的辐射型网络,将远端变电站记录的初始行波到达时间折算为故障线路出口侧变电站的初始行波到达时间．通过剔除无效时间数据,并对所有折算得到的有效初始行波到达时间进行融合处理,实现基于整个输电网的故障行波定位．该算法有效解决了电网中某台行波定位装置时间记录不准确或故障导致的故障定位失败问题．仿真结果表明,该算法具有较高的可靠性、准确性,绝对误差不超过100m．     

一种基于实例学习的三维模型检索匹配方法

传统的基于内容的三维模型检索的相似性度量方法主要借鉴二维图像检索中所采用的距离度量算法,达到比较两三维模型相似度的目的,该做法限制了模型间匹配的广度.针对这种单核匹配的限制,提出了一种新的多核匹配方法.利用图论中两点间的最短距离的思想,得出两模型最相似那他们的距离最短,因此查询样本跟匹配的样本存在的通路上的模型节点能影响他们的相似度,这样就提高了匹配的广度和精度.同时在已有的特征提取基础上,把标签繁衍算法应用到最短距离求解中,并将基于实例学习的K近邻方法引入到模型匹配算法中,实现了半监督学习,提高了系统的查准率.