基于嵌入式视觉的子机器人入舱方法

提出一种基于嵌入式视觉的子机器人入舱方法, 用于子母式机器人系统中对子机器人的回收. 子机器人基于自身嵌入式平台捕获和处理入口处的引导标识图像, 根据局部颜色排布特征快速提取出标识中心, 利用最小二乘法拟合水平颜色交界线的成像斜率, 基于成像斜率-视偏角模型判别出子机器人航向与入口平面的法线关系, 从而进行运动决策使二者重合以完成入舱. 该方法无需摄像头标定和航迹测量即可准确入舱, 仿真实验验证了所提出方法的有效性.

     

机器人手眼关系、基坐标系和世界坐标系关系的同时标定

提出了同时确定手眼关系以及机器人坐标系到世界坐标系关系的两种算法．算法１基于矩阵直积理论,可一次算出标定方程的旋转部分和平移部分,与现有的４元数法相比,不存在误差的传递问题;算法２基于粒子群优化理论,同样能一次计算出标定方程的旋转部分和平移部分,与采用Ｌｅｖｅｎｂｅｒｇ Ｍａｒｑｕａｒｄｔ的算法相比,该方法只需指定参数的范围．仿真结果表明了算法的有效性,并对于类似问题具有一定参考价值．

     

基于移动机器人路径规划的鼠群算法

研究静态环境下机器人路径规划问题,并根据老鼠觅食行为提出一种鼠群算法.该算法引入环境因子和经验因子,每次搜索后对路径进行经验因子更新,通过迭代的方式寻找静态环境下机器人最佳路径.同时提出一种禁忌策略,有效地避免了路径死锁问题.理论分析和实验结果表明,该算法能使机器人在有较多障碍的环境下迅速找到一条优化路径,而且安全避碰,与同类算法相比具有一定的优越性.

     

空间机器人视觉伺服半物理仿真的原理与实现

针对在地面很难对空间机器人目标捕获过程进行微重力环境下的真实实验问题,建立了半物理仿真系统,以对图像处理,路径规划以及控制等关键算法进行验证.该系统的关键在于将"虚拟环境"与"真实环境"结合起来,利用真实视觉对虚拟环境进行3D重构,以计算目标的相对位置和姿态,实现对视觉伺服控制的闭环仿真.从理论上推导了半物理仿真的原理,并提出了等效投影模型的标定方法.仿真结果表明了该方法的有效性.

     

湍流环境中多弱感知机器人气味源搜索算法

针对湍流环境中机器人空间感知能力的不足, 提出一种多弱感知机器人气味源搜索算法. 该算法建立了气味源位置概率分布的近似表达式, 机器人通过自由能最小化获得移动方向. 各机器人之间通过共享位置信息实现协同, 通过设定内部温度达到搜索过程中探索和利用的平衡. 仿真结果验证了所提出算法的有效性.

     

基于光束平差法的双目视觉里程计研究

机器人自定位是实现机器人自动导航及其他智能行为的前提, 一种基于光束平差法的移动机器人双目视觉里程计可以有效地实现机器人自定位. 为此, 首先采用点模式匹配方法建立相邻图像之间的特征匹配关系, 根据立体视觉算法得到匹配点对的三维对应关系; 然后, 计算摄像机的相对运动参数, 并采用光束平差分段优化算法对其进行优化. 所提出的双目视觉里程计能够避免车轮半径变化、空转、打滑等对里程计测量精度的影响, 相对定位精度较高.

     

面向冗余机器人实时控制的逆运动学求解有效方法

针对-自由度冗余机器人实时运动控制,对机器人逆运动学提出了一种新的求解方法.采用位姿分解方式,使-自由度冗余机器人逆运动学简化为,自由度位置逆运动学求解.在梯度投影法得到位置优化解的基础上,利用机器人封闭解公式求得一组优化解.通过对-自由度机器人仿真分析,表明了该方法的有效性.

     

分数阶混沌系统同结构与异结构广义同步

基于分数阶拉普拉斯变换理论,提出设计合适的新型非线性反馈控制器,分别实现分数阶混沌系统的同结构广义同步和异结构广义同步.以分数阶Liu混沌系统和分数阶Lu混沌系统为例进行数值仿真,仿真结果表明了该方法的有效性.该方法灵活且适用范围广,具有潜在的应用前景.

     

具有极点约束的鲁棒H2/H∞满意容错控制

针对不确定性不满足匹配条件的随机线性离散系统,研究执行器发生故障时满意容错控制器的设计问题.在更一般的连续型执行器故障模型下,所设计的控制器可保证闭环系统同时满足区域极点指标,H_∞范数指标和 H₂性能指标约束.建立了3类指标的相容性,并给出了相容指标约束下控制器存在的充分条件和设计步骤.仿真实例验证了该方法的有效性,并通过与不考虑故障的系统进行比较,说明对系统进行满意容错控制的必要性.

     

多面体不确定系统时滞依赖鲁棒预测控制

将线性状态变换引入连续时间多面体不确定时滞系统中,利用线性矩阵不等式(LMI)方法,设计时滞相关型鲁棒预测控制器;通过适当选择Lyapunov 函数,推导出闭环系统渐近稳定的充分条件,并且该条件是时滞相关的.仿真算例验证了该方法的有效性.

     

基于DSP/FPGA的反步法阻抗控制柔性关节机械臂

针对柔性关节机械臂与环境接触时的柔顺控制问题,提出一种反步法阻抗控制方法,并基于李雅普诺夫稳定性理论证明了控制器的稳定性.该方法是在建立柔性关节机器人模型的基础上,将李雅普诺夫函数选取与控制器设计相结合的一种回归设计方法.它从系统的最低阶次微分方程开始,逐步设计满足要求的虚拟控制,最终设计出真正的控制器.轨迹跟踪和阻抗控制实验结果表明"该方法是有效而可行的.

     

一类非完整移动机器人编队控制方法

针对大部分两轮非完整移动机器人轮轴中心与几何中心不重合的特点, 提出一种多机器人协调编队控制算法. 构造队形参数矩阵确定编队形状, 根据领航机器人和相关队形参数生成虚拟机器人, 把编队控制分解为跟随机器人对虚拟机器人的轨迹跟踪. 建立虚拟机器人与跟随机器人之间误差系统模型, 利用Lyapunov 理论设计相应控制器, 从而实现队形保持和变换. 应用microsoft robotics developer studio 4(MRDS4) 搭建3D 仿真平台, 设计3 组实验, 结果进一步验证了所提出方法的有效性.

     

控制增益符号未知的MIMO 时滞系统自适应控制

针对一类带有死区模型并具有未知函数控制增益的不确定MIMO 非线性时滞系统,基于滑模控制原理和Nussbaum函数的性质,提出了一种稳定的自适应神经网络控制方案 .该方案放宽了对函数控制增益上界为未知常数的假设,并通过使用Lyapunov0Krasovski 泛函抵消了因未知时变时滞带来的系统不确定性. 理论分析证明,闭环系统是半全局一致终结有界.仿真结果表明了该方法的有效性.

     

一种用于机器人三维表面扫描系统的手眼标定算法

将线结构光测头安装在机器人末端,构成自由曲面非接触测量系统,利用齐次坐标变换理论建立测量系统的数学模型,针对该模型中的手眼标定问题,使用平面作为参考物,控制机器人以特定的位姿测量该平面,建立关于手眼关系的约束方程,并给出手眼参数的封闭解.通过对实际系统进行标定实验,验证了算法的有效性.     

一类具有通信逻辑的网络控制系统稳定性分析

针对具有线性不确定对象的网络控制系统的带宽约束问题,设计了具有周期通信逻辑的网络控制系统的结构,建立了具有周期通信逻辑的网络控制系统模型. 运用现代控制理论和矩阵摄动理论相关原理,进一步证明了系统保持渐近稳定的充分条件 .最后通过仿真算例验证了结论的有效性.

     

可重构模块机器人分散容错控制

针对可重构模块机器人的执行器故障,提出一种基于自适应模糊系统的分散被动容错控制方法．该方法不需要机器人动力学模型与模块之间的信息交换,模块控制器分别采用间接和直接自适应方法设计,自适应参数的更新律基于Ｌｙａｐｕｎｏｖ稳定性理论设计,保证了系统的稳定性和H_∞ 跟踪性能．数值仿真结果表明了所提出方法的有效性．

     

基于修正因子模糊 PID控制在升力鳍系统中的应用

应用基于量化因子和决策因子自修正的模糊 PID控制算法来改进升力控制减摇鳍系统,并利用子模糊系统自动调整量化因子和决策因子,从而改善基本模糊控制器的稳态和动态性能 .模糊控制算法与传统PID 控制的有机结合,使升力鳍系统控制精度,鲁棒性以及自适应性得到显著改善 .基于该算法的某型船舶仿真结果表明,该复合控制算法使升力鳍系统能够在各种海况下均具有良好的减摇效果.

     

轨迹跟踪级联机器人编队控制方法

提出一种轨迹跟踪级联机器人编队控制方法. 该方法有效结合距离-角度(??-??) 控制和距离-距离(??-??) 控制方案, 并利用无迹卡尔曼滤波算法对Leader-Follower 级联机器人系统的状态进行估计; 根据状态估计结果设计输入-输出动态反馈控制规律, 使得跟随机器人(Follower) 准确跟踪领航机器人(Leader), 确保编队的稳定性和较快的收敛性, 并达到理想的编队控制效果. 仿真实验验证了所提出方法的可行性.

     

基于生存理论的非完整约束轮式机器人高速避障控制

轮式移动机器人现有的避障控制方法大多需要在避障过程中进行减速处理, 会影响移动效率. 鉴于此, 将生存理论应用于轮式移动机器人的反应式避障控制. 分析非完整约束轮式机器人的仿射非线性系统模型和约束条件, 利用弹性边界升维和控制模型退化的方法给出系统的生存性设计, 并利用最优化方法得出机器人高速避障控制器. 最后通过仿真实验, 表明了轮式机器人高速避障控制的有效性.

     

基于广义差别矩阵的核和属性约简算法

属性约简是粗糙集理论的重要研究内容.为此引入广义差别矩阵,提出基于广义差别矩阵的核和属性约简算法.该框架可有效避免连续属性值离散化,且有利于与其他机器学习方法相结合.理论分析表明,所提出的算法是有效而可行的.