A new type of hybrid fish-like microrobot

In order to develop a new type of fish-like microrobot with swimming, walking, and floating motions, in our past research, we developed a hybrid microrobot actuated by ionic conducting polymer film (ICPF) actuators. But the microrobot had some problems in walking and floating motions. In this paper, we propose a concept of hybrid microrobot (see Fig. 1). The microrobot is actuated by a pair of caudal fins, a base with legs and an array of artificial swim bladders. We have developed a prototype of the base with legs and one artificial swim bladder, respectively, and carried out experiments for evaluating their characteristics. Experimental results show the base with legs can realize walking speed of 6 mm/s and rotating speed of 7.1 degrees/s respectively, and the prototype of the artificial swim bladder has a maximum floatage of 2.6 mN. The experimental results also indicate that the microrobot has some advantages, such as walking motion with 2 degrees of freedom, the walking ability on rough surface (sand paper), the controllable floatage, etc. This kind of fish-like microrobot is expected for industrial and medical applications.     

迭代容积粒子滤波算法在SINS初始对准中的应用

在大方位失准角误差的条件下,捷联惯导系统(SINS)初始对准误差模型是非线性的,可以采用粒子滤波(PF)方法进行处理.针对标准PF算法中存在的重要性密度函数难以选取的问题,提出了一种新的迭代容积粒子滤波(ICPF)算法.将Gauss-Newton迭代和容积卡尔曼滤波(CKF)算法相结合,得到迭代CKF(ICKF)算法.该算法利用最新量测信息改进迭代过程中产生的新息方差和协方差,可获得较高的估计精度.由ICKF算法获得粒子滤波算法的重要性密度函数,有效地抑制了粒子退化现象.SINS大方位失准角初始对准的仿真结果和实验结果表明:该算法的滤波精度高于标准PF算法和容积PF(CPF)算法,是一种非常有效的非线性滤波算法.     

仿生“蚯蚓”机器人的SMA 执行器实现

虽然从生物学角度来说,蚯蚓的波浪式运动机制已经相当清楚,但在小尺寸下人工蚯蚓的实现仍然是极具挑战性的工作.采用记忆合金材料(SMA),设计实现了用于仿生蚯蚓机器人的执行器,并通过该执行器的动作循环模仿,实现了蚯蚓的波浪式运动.实现的人工蚯蚓共有四单元,每一单元都有可独立驱动的执行器.执行器由一根或三根SMA弹簧构成,其波动式运动的最高频率为0.6 Hz.每一单元人工蚯蚓,都被覆特定形状的软硅胶皮,该硅胶皮提供了SMA执行器的对抗力,同时也是安装微型腿的平台,从而进一步提高了人工蚯蚓的运动效率.初步的测试显示该执行器工作有效,人工蚯蚓的运动速度可达2.5mm/s,与真实的蚯蚓运动速度相近.     

水下热动力转速控制单元的研究与开发

转速控制单元是水下热动力推进系统的重要组成部分,其直接影响着动力推进系统的性能;为了实现对系统的精确控制,采用以PC104嵌入式计算机为核心,开发了系统的转速控制单元方案,给出了系统的工作原理及基本硬件组成,介绍了多周期同步计数转速测频方法、抗干扰措施、各软件模块功能及中断处理;通过数字试验台实验证明该系统具有良好的实用性和可靠性。     

变质心自主水下航行器定深控制研究

对变质心自主水下航行器（AUV）定深控制问题进行了研究。建立了相应的纵平面的变质心AUV的运动数学模型。在此基础上,基于滑模控制理论设计了变质心控制系统,控制质量块的偏移运动,进而控制AUV定深运动。仿真结果表明：该控制器可满足AUV定深控制的需要,使定深误差趋近于零,并对建模误差具有一定的鲁棒性。     

面向助力膝关节外骨骼的弹性驱动器研制及实验研究

为满足下肢助力外骨骼不同行走模式下有效驱动的需求,提出了一种弹性驱动器,通过电机带动丝杠螺母串联弹簧,结合相应的刹车片,实现弹性驱动器对不同行走模式下的助力膝关节外骨骼的驱动.对弹性驱动器进行工作模式分析及刹车装置的动力学研究.为优选出合适的刹车片材料及弹簧,进行了弹性驱动器的刹车力及弹跳冲击实验.在建立的Solid Works、ADAMS虚拟样机联合仿真平台上对弹性驱动器驱动的膝关节外骨骼进行运动仿真,考察弹簧刚度及等效质量对弹性驱动器工作性能的影响,为下肢助力机器人弹性驱动器的设计提供理论依据.     

基于MMST分组的一类MIMO非线性系统执行器故障自适应补偿控制

在多输入多输出(Multiple-input multiple-output,MIMO)非线性系统的执行器故障容错控制问题中,控制器能够处理的执行器故障集合的大小与执行器分组方法有很大关系.为扩大系统可处理的执行器故障集合,本文针对一类具有执行器故障的MIMO非线性最小相位系统,提出基于多模型切换(Multiple model switching and tuning,MMST)执行器分组的自适应补偿控制方法.考虑系统的执行器卡死、部分失效和完全失效故障,在微分几何反馈线性化的基础上,研究基于多模型切换的执行器分组切换指标和切换策略,设计了基于反演控制的自适应补偿跟踪控制律,所设计的控制律能保证系统在执行器故障时闭环稳定,渐近跟踪给定的参考信号,且提出的分组方法扩大了可补偿的执行器故障集合.仿真结果表明了本文设计方法的有效性.     

改进多尺度CNN网络的运动模糊图像复原算法

针对多尺度CNN网络编码过程中存在获取特征信息不足,导致重建的去运动模糊图像质量不佳。该研究提出了一种将明暗通道先验嵌入多尺度网络,并在网络中引入双重注意力机制的解决方法,该方法增强了网络对先验信息的获取能力,加强重点信息获取的同时提高动态去模糊效果。该方法与同类方法相比峰值信噪比(PSNR)和结构相似度(SSIM)均获得了提升。     

基于步态的身份识别综述

提出了步态识别的重要意义,介绍了基于步态的身份识别的过程。对步态识别的国内外研究现状和研究内容做了概述,列举了常用的几个步态数据库,并阐述了用在步态识别各部分的一些经典方法。对该课题的后续工作作了展望。     

改进粒子群在水下机器人路径规划中的应用

在海洋环境中水下机器人路径规划具有规划范围广阔、障碍物相对稀疏、海流的影响不可避免的特点。应用粒子群优化(PSO)算法实现水下机器人在复杂海洋环境中的路径规划,并从参数控制策略及拓扑模型方面进行改进,得到收敛精度更好的改进粒子群优化算法。设计了综合路径长度、海流和转向费用的适应度函数,使算法很好地适应海流的变化,很大程度减小了海流对水下机器人能量消耗和控制的不利影响。经仿真实验验证了算法的有效性,并能够很好地满足在复杂海况环境水下机器人路径规划的要求。     

基于行走时脚摆角的步态识别方法

提出一种利用脚摆动特征进行步态识别的方法。对步态序列图像进行背景提取、图像差分、阈值分割、形态学后处理后,提取行走时的脚摆角作为特征参数,再分别采用BP神经网络、最近邻分类器和K近邻分类器法对这些特征数据进行识别分类与比较分析。实验结果表明,与同类方法相比,该方法可以更快速地进行步态识别,且识别性能较好。     

Position Control of a Series Elastic Actuator Based on Global Sliding Mode Controller Design

A series elastic actuator (SEA) is a powerful device in the area of human-machine integration, but it still suffers from difficult position control issues. Therefore, in this paper, an efficient approach is proposed to solve this problem. The approach design is divided into two steps: feedback linearization (FL) and global sliding mode (GSM) controller design. The bounded analysis is presented and global asymptotic convergence is analytically proven. Simulation and experiment results illustrate the effectiveness of the proposed scheme.      

智能柔性机械臂的建模和振动主动控制研究

针对伺服电动机、谐波齿轮减速器、柔性臂及压电致动器组成的智能柔性机械臂系统,基于假设模态法和Hamilton原理建立系统动力学方程.为了实现系统较高精度的位置控制,同时快速抑制柔性臂的弹性振动,提出了对伺服电动机采用PD(proportional derivative)控制、对压电致动器采用模糊(fuzzy)控制的复合控制策略.在数值仿真分析的基础上,搭建了智能柔性机械臂系统测控平台.数值仿真和实验结果表明所提出的控制策略是可行的:PD控制算法控制伺服电动机以较高的位置精度完成了系统运动控制,模糊控制算法控制压电致动器较快地抑制了柔性臂的弹性振动.实验中柔性臂的振动衰减时间由6.5s缩短为3.5s,提高了柔性臂末端的定位控制精度,改善了系统的操作效率.     

基于步态检测算法的辅助行走系统设计

为了保证盲人和视障患者安全方便出行和减少误报警,设计一种基于步态检测算法的辅助行走系统。信号处理算法上利用小波包对信号进行降噪,提取三轴加速度的均值、标准差、方差与小波能量谱,并结合足底压力信息组成多维参数作为步态特征,选取基于遗传算法优化支持向量机进行步态识别。硬件部分主要包括三轴加速度信号和足底压力信号采集硬件设计。软件部分主要包括对足底压力信号和三轴加速度信号的采集和处理以及一款能够自动拨号安卓手机APP。实验结果表明,该系统基于多传感器融合的步态检测技术,步态检测识别率平均达90.48%。该系统便携性好、功耗低、测障效果好,在辅助行走领域具有一定的研究意义和实用价值。     

基于深度强化学习的二连杆机械臂运动控制方法

针对二连杆机械臂的运动控制问题,提出了一种基于深度强化学习的控制方法。首先,搭建机械臂仿真环境,包括二连杆机械臂、目标物与障碍物;然后,根据环境模型的目标设置、状态变量和奖罚机制来建立三种深度强化学习模型进行训练,最后实现二连杆机械臂的运动控制。对比分析所提出的三种模型后,选择深度确定性策略梯度（DDPG）算法进行进一步研究来改进其适用性,从而缩短机械臂模型的调试时间,顺利避开障碍物到达目标。实验结果表明,所提深度强化学习方法能够有效控制二连杆机械臂的运动,改进后的DDPG算法控制模型的收敛速度提升了两倍并且收敛后的稳定性增强。相较于传统控制方法,所提深度强化学习控制方法效率更高,适用性更强。     

基于运动矢量空间相关性的H.264分像素运动估计

随着整像素运动估计快速算法的发展,分像素运动估计的计算量在运动估计中所占比重越发明显。为了减少分像素运动估计的计算量,提出了一种利用运动矢量空间相关性来预测整像素运动块,对整像素运动块进行分像素搜索过程跳过的分像素运动估计方法。实验结果表明,该算法与全分像素搜索算法结合使用,在基本保持搜索精度不变的情况下,比单纯的全分像素搜索算法减少60%左右的分像素搜索点。该算法可与其他快速分像素搜索算法结合使用,以获得更好的编码性能。     

DNA生物传感器的进展

DNA生物传感器是分子生物学与微电子学、电化学、光学等相结合的产物 ,它将在生命科学与信息科学之间架起一道桥梁 ,成为DNA信息分析检测最重要的技术之一。简要介绍了电化学DNA生物传感器、压电石英晶体DNA生物传感器、光学DNA生物传感器的结构原理     

基于CORBA的WebGIS系统研究及开发

近年来，随着分布对象技术和网络技术的不断发展，分布对象WebGIS已逐渐成为WebGIS开发的一个热点。在众多的分布对象技术中，CORBA以其优良的特性，在构建异构环境下的WebGIS中显示出明显优势。本论述了使用分布对象技术构建WebGIS的必要性，并通过分析各分布对象技术的优劣，提出了基于CORBA技术的WebGIS系统。最后。结合该系统着重剖析了基于CORBA规范的分布对象WebGIS的运行框架、系统优势和开发手段。     

Wireless-LAN安全及认证方法的研究与分析

首先介绍了无线局域网面临的安全问题 ,并对无线局域网的安全要求进行了分析 ;介绍了国内外 Wire-less-LAN安全认证机制的研究现状 ,在此基础上详细分析了基于 EAP的无线网络安全认证方法 ;最后对几种主要的认证方法进行了分析比较。     

Cisco客户关系管理系统的开发

从呼叫中心和客户关系管理（Customer Relationship Management,简称CRM）背景知识和发展状况入手，引入“结构化生命周期法”的系统开发思路，借助Viusal Basic和SQL Sever两种开发工具，设计了Cisco公司客户关系管理系统，着重研究了基于呼叫中心平台的数据库应用系统的开发。