基于解析法和遗传算法的机械手运动学逆解

研究优化机械手轨迹规划问题,机械手运动时要具有稳定性避障性能。针对平面3自由度冗余机械手优化控制问题,建立机械手的结构模型。提出用解析法和遗传算法相结合满足具有计算量小和适应性强的特点。在给定机械手末端执行器的运动轨迹,按着机械手冗余自由度,运动轨迹上每个点对应的关节角有无穷多个解。而通过算法可以找到一组最优的关节角,可得到优化机械手运动过程中柔顺性和避障点。仿真结果表明,该算法可以快速收敛到全局最优解,可用于计算冗余机械手运动学逆解,并可实现机器人的轨迹规划和避障优化控制。     

基于Kinect的机械臂目标抓取

为完成机械臂在非特定环境下的自主抓取,系统采用微软公司研发的Kinect对场景内的信息进行实时检测.通过对Kinect采集的深度信息进行背景相减法和帧差法处理可以获得目标抓取点信息.利用基于工作空间的RRT算法对机械臂末端进行路径规划,并利用梯度投影法进行逆运动学轨迹优化,求解关节轨迹.机械臂按照关节角运动时,可完成目标的抓取.通过设计一套实时桌面清理实验系统,验证了该方法的有效性.     

基于能源消耗最小的自治水下机器人-机械手系统协调运动研究

描述了自治水下机器人搭载的三功能水下电动机械手的设计．鉴于自治水下机器人—机械手系统是运动学冗余的且自带能源,因此将系统阻力优化函数引入逆运动学求解,设计了基于系统能源消耗最小的系统协调运动规划算法．仿真表明,该算法在解决系统冗余度的同时,有效地减小了系统能源消耗．     

基于能源消耗最小的自治水下机器人一机械手系统协调运动研究

描述了自治水下机器人搭载的三功能水下电动机械手的设计．鉴于自治水下机器人一机械手系统是运动学冗余的且自带能源，因此将系统阻力优化函数引入逆运动学求解，设计了基于系统能源消耗最小的系统协调运动规划算法．仿真表明，该算法在解决系统冗余度的同时，有效地减小了系统能源消耗．     

基于人工势场一遗传算法的机械避障方法研究

人工势场法是机器人避障规划中常用的方法,具有简单、实时性强的特点,但其存在目标不可达和局部极小值问题;文中针对机械臂的避障问题,首先利用人工势场法确定机械臂末端的避障轨迹,使用改进的斥力场克服势场法的目标不可达问题,利用随机逃离和沿等势线逃离相结合的方法解决局部极小值问题;其次针对机械臂末端避障轨迹中的每个点,采用遗传算法计算其对应的机械臂逆运动学解,在确保杆件不发生碰撞的情况下,充分保持关节角变化的柔顺性;仿真结果表明算法能够有效地实现机械臂的避障规划.     

六自由度机械臂逆运动学算法

根据D-H参数法确定六自由度机械臂的运动学方程,结合平面几何法和欧拉角变换法将机械臂的逆运动学求解问题分为两部分,一通过平面几何法确定机械臂腕部点的坐标与前三个关节角的关系,二通过欧拉角变换法确定机械臂末端姿态与后三个关节角的关系,根据逆运动解的选取原则从八组解中选取最优解;利用MATLAB中的Robotics Toolbox建立机械臂的正运动学模型,通过多组位姿下的正逆运动解对比验证逆运动学求解算法的准确性;利用VC++中的QueryPerformanceCounter函数和MATLAB中tic-toc语句得到不同算法所消耗的平均时间,通过消耗时间的对比说明该算法的快速性;利用VC++编程实现机械臂写字的过程,通过对比输入字的形状与机械臂末端的实际运动轨迹,进一步验证该算法是一种快速而准确的逆运动学求解算法。     

关节型机器人运动学仿真及控制系统设计

关节型机器人各运动关节动态特性和控制系统的稳定性直接影响机器人以及轨迹规划的可达性.以IRB140关节型机器人为研究对象,依据标准D-H参数法和空间位姿变换理论推导出机器人正向运动学数学模型,并采用机器人逆运动学和改进后的五次多项式插值算法实现了机器人在关节空间下进行轨迹规划时各运动关节速度和加速度过渡平滑的目的.最后...     

六自由度机械手三维可视化仿真研究

针对Reniovo型六自由度机械手的特定构型,分析了机械手的基本结构,用D-H方法建立了其运动学模型,并推导了基于解析法的机械手正、逆运动学求解方法,针对运动学逆解,推导了基于多解自动寻优的方法,提高了机械手的可行工作空间和避碰能力,最终在运动学求解基础上设计了机械手的运动轨迹规划算法。此外,利用3ds Max进行机械手三维建模,并利用Open Gl技术实现机械手三维运动显示,以三维可视化仿真的方式对机械手的逆解及轨迹规划算法进行了仿真验证,仿真结果显示仿真机械手可以准确执行预期轨迹并达到预定的位姿,证明了上述的仿真方法对于研究机械手工作原理、工作空间及进行碰撞检测都具有参考意义。     

机械手的运动学分析及在屏幕贴合中的应用

在机械手屏幕贴合项目中,以6关节机械手RV-2F为研究对象,分析结构和连杆参数,采用改进D-H法建立各连杆坐标系和机械手的运动学方程;运用MATLAB Robotics Toolbox建立RV-2F机械手模型,进行关节空间轨迹规划与仿真,实现并分析机械手高速运行的平稳性,满足应用要求。     

一种基于生物免疫遗传学的冗余机械手轨迹规划新方法

本文针对冗余机械手的轨迹规划问题进行研究,提出了关节最佳柔顺性附加准则,以唯一确定机械手运动学逆解并建立了优化模型,然后通过新变量的引入和数学变换,成功地将多目标多参数优化问题转化为单目标单参数优化问题,使优化工作更加有效顺利地进行.同时,模拟生物体的实际免疫行为设计出了实用化的免疫遗传算法,利用此算法对寻优过程进行仿真研究,并且与简单遗传算法的结果进行比较,所得结果令人满意,证明了本文的方法能够有效地进行机械手轨迹规划,从而能够为充分发挥冗余度的作用以改善机械手运动提供新的思路.     

贝叶斯高分辨方位估计方法的水池试验数据分析

论文在简要介绍贝叶斯高分辨方位估计方法理论的基础上,着重进行了该方法的水池试验数据分析,并与计算机仿真结果进行对比,同时对试验结果与仿真结果的差异做出了合理的解释,验证了贝叶斯高分辨方位估计方法的有效性和优越性。     

基于CARMA模型的水下滑翔机自适应控制

水下滑翔机在设计和海中实际应用过程中存在模型参数的不确定性和外部环境的复杂性,要求控制器具有良好的自适应性,在水下滑翔机三维定常运动模型基础上,以俯仰回路模型为例设计了基于CARMA模型的改进广义预测自适应控制器.上述控制器应用遗忘因子递推最小二乘法对系统参数进行实时辨识.在对控制器进行了仿真后,对CARMA模型参数全部突变这一恶劣情况进行仿真并与PID控制对比,结果表明改进控制算法具有良好的快速性、稳定性和自适应性.     

基于被动声纳浮标投放法的水下目标跟踪

针对航空反潜中使用空投被动声纳浮标对潜艇进行跟踪的问题,利用双曲线交汇法定位,研究被动浮标对水下目标进行连续跟踪的方法,建立相应数学模型。仿真结果证明了该方法的可行性,得到目标的航速、航向、运动状态变化间隔、声纳浮标位置等因素变化与跟踪所需声纳浮标数量的关系。     

基于心理声学参数的水下目标识别特征提取方法

研究了响度、尖锐度、粗糙度、波动强度等主要的心理声学参数及其计算方法，利用主要的心理声学参数作为目标特征参数用于水下目标分类识别，并以正确识别率为准则对这些特征参数进行了修改。使用K-均值聚类方法对3类舰船噪声实测数据进行了目标分类识别仿真实验。实验结果表明，该方法提取的特征能够较好地反映信号本质，取得了较好的分类识别效果，特别是以修改后的心理声学参数为特征具有更高的识别率。     

基于电流场的水下高速数字通信方法及实现

在水下大容量传感器数据回收的应用中,针对水声通信传输速率低、时延长的缺点,提出了以电场作为信息载体的近距离高速通信方法。基于麦克斯韦方程组推导了该方法的数学模型,讨论了影响通信距离的几个因素。在理论分析的基础上,设计了一套基于数字信号处理器(DSP)的水下电场通信系统,并进行了实验验证。实验表明,该系统可实现近距离码元速率200kbit/s条件下的无误码通信。该通信方法与水下自主航行器(AUV)技术结合,可用于水下物理场监测数据的高效回收。     

基于线结构光的水下目标扫描定位方法

当海底环境噪声及声学散射影响比较严重时,声呐方法无法实现高精度的海底探测．因此,设计了一种基于线结构光的扫测系统．激光中心线条纹提取及系统参数快速标定是影响线结构光测扫精度的2大关键问题．在激光中心条纹处理方面,多阈值算法通过采用不同的阈值可以有效地滤除背景噪声,基于极值法的高斯拟合法则对部分激光条纹采用高斯函数进行拟合,结合多阈值算法和基于极值法的高斯拟合法提出了一个条纹中心线提取算法．该算法在保留多阈值法快速性的同时,又具备高斯拟合法的准确性．而在系统参数标定方面,提出了一种共线点的快速标定法,设计的平面标定靶只需通过确定3个共线的特征点即可快速实现系统参数的标定和高精度的海底快速测扫．最后,在水池中进行了模型实验,验证了该方法的可行性和有效性．     

Underwater robotics

As the ocean attracts great attention on environmental issues and resources as well as scientific and military tasks, the need for and use of underwater robotic systems has become more apparent. Underwater robotics represents a fast growing research area and promising industry as advanced technologies in various subsystems develop and potential application areas are explored. Great efforts have been made in developing autonomous underwater vehicles (AUVs) to overcome challenging scientific and engineering problems caused by the unstructured and hazardous ocean environment. With the development of new materials, advanced computing and sensory technology, as well as theoretical advancements, R & D activities in the AUV community have increased. This paper describes current state-of-the art in the area of underwater robotics focusing on some key subsystems.     

水下机器人——过去、现在和未来

1 关于海洋 在浩瀚的宇宙中，有一个蔚蓝色的星球，那是人类赖以生存的地方——地球。地球的表面积为5.1亿平方公里，而海洋的面积为3.6亿平方公里。地球表面积的71%被海洋所覆盖。在烟波浩渺的海洋深处，蕴藏着什么样的宝藏？是否存在着智慧生命？海底生物是怎样生活的？海底的地形地貌又是什么样的？所有这一切都使海洋充满了神秘的色彩，也吸引了无数科学家、探险家为之探索。 从远古时代起，人们就泛舟于海上。从19世纪起，人们开始利用各种手段对海洋进行探察。20世纪，水下机器人技术作为人类探索海洋的最重要的手段，受到了人们普遍…     

水介质中换能器的声场分布建模及仿真

在水声目标探测的优化中,为精确仿真水声换能器在水中的声场传播分布规律,首先利用多元高斯声束叠加模型,建立水声换能器的表面声压分布模型,然后通过频域有限差分法求解KZK传播方程,得到发射声场在水下分布规律和谐波特性,最后通过MATLAB进行数值仿真,得到各阶次谐波在声轴方向上的径向和轴向的分布情况,结果表明谐波阶次越高,波束越窄,声场能量较集中;各阶次谐波在轴向一定位置附近声压达到最大值,之后由于水介质的吸收效应逐渐衰减.上述研究对开展水下探测、非线性声场成像等具有重要的参考价值.