水下六足机器人及其运动规划研究现状

水下六足机器人具有丰富的步态样式和冗余的肢体结构,凭借其离散式的地面支撑和对水下障碍、礁坪等复杂特殊地形的极强适应性,具有广泛的应用前景。本文通过充分的文献调研和总结,对目前水下六足机器人平台发展现状进行了综述。针对水下六足机器人的海底爬行能力,分别从稳定性判据、路径规划与自适应行走方法 3项关键技术进行了分析和总结;在稳定性判据方面,分别针对水下六足机器人静态稳定性判据与动态稳定性判据进行阐述;在路径规划方面,在目前典型陆地六足机器人路径规划方法的基础上,结合水下六足机器人独有的运动特性进行阐述;针对水下六足机器人自适应行走方面,分别阐述传统自适应调整方法与目前基于深度强化学习的方法进行介绍;最后对这些关键技术的未来发展趋势进行了展望。     

控制六足仿生机器人三角步态的研究

基于仿生学原理,在分析六足昆虫运动机理的基础上,对六足仿生机器人的三角步态运动原理进行了分析.论文涉及六腿机器人步态研究的一些基本参数的描述,讨论了用相对运动的原理研究步态的方法,结合慧鱼机器人组合包中的构件拼出六足仿生机器人.该机器人模型结构简单,设计独特,能前进和后退,且能避开小型障碍物.基于三角步态运动原理对其进行了反复实验,实验结果表明六足仿生机器人具有较好的机动性和稳定性.     

四足机器人溜蹄步态动步行的研究

本文应用角速度补偿法实现了四足机器人溜蹄步态的动步行。该四足机器人是本研究室刚刚研制成功的，具有十二个自由度，关节采用滑块摆杆机构，由带有轴角编码器的伺服电机驱动，身体和脚上装有传感器，步行由计算机进行控制。     

四足步行机器人爬行步态的计算机仿真

由于机器人数学描述的复杂性,使得在机器人运动学、动力学分析方面显得较为困难,计算机虚拟仿真技术在该领域的应用为机器人的运动特性分析提供了依据.文中建立了一个连续转动式腿机构的四足步行机器人模型,并规划了该机器人的一种直线爬行步态,利用ADAMS虚拟样机软件对机器人的爬行步态进行了动力学仿真,得到了机器人各个关节相关物理量的变化曲线,分析了四个髋关节的驱动力矩在步行过程中的变化情况.通过仿真,验证了步态规划的合理性,同时为进一步选择电机、分析机器人系统的动态特性提供了依据.     

基于OpenGL的四足机器人步态仿真系统

研究了OpenGL在四足机器人步态仿真系统中的应用，建立了一套完整的，具有交互性的四足机器人步态仿真系统，对四足机器人步态的辅助研究起了良好的作用。     

基于遗传算法的四足机器人行走步态规划

因RoboCup四腿组比赛所采用机器人的关节刚度较低，采用固定形状行走轨迹的步态规划方法所产生的实际步态和规划步态偏差较大。这种偏差限制了机器人行走速度的提高。为了提高机器人的行走速度，在原有步态规划方法的基础上，引入200组坐标描述任意形状的机器人行走轨迹，并用改进的遗传算法寻找最适合机器人行走的轨迹形状。实验结果表明：改进的行走轨迹规划方法经学习后的实际步态更有利于机器人的行走，在行走更加平稳的同时可使机器人获得更快速的行走效果。     

基于静态平衡的四足机器人斜面步态规划

本研究从静态平衡角度出发,考虑了影响斜面步行稳定性的各种因素,提出了采用SM和SNE共同判稳的方法。基于这两个指标,针对四足机器人在斜面步行中的倾倒和绕支撑腿连线翻转的问题,规划了一种快速、稳定的全方位静步态,通过计算机仿真平台进行验证,实验表明了所研究方法的可行性和有效性。     

仿生六足机器人步态设计与运动仿真

仿生六足机器人稳定性好、灵活度高在众多领域得到了使用。为实现对六足机器人的运动控制和性能分析,通过构建机器人D-H连杆坐标系结合机械结构参数,确定了运动学正解、逆解表达式;设计可修改参数的机器人行走参考步态,引入了控制机体保持水平的姿态控制和适应不平整地形的腿着陆控制。以MATLAB的Simulink作为仿真环境,构建机器人模型,完成运动仿真,并对测量到的运动数据和腿部关节输出力矩进行分析。其结果表明,机器人能够跟随所设计步态生成的轨迹连续稳定行走,使用基于模型设计的方法,验证了所提算法的正确性和可行性,最后得到了腿部各关节力矩分布,为后续六足机器人设计与运动控制提供参考。     

基于静平衡的四足机器人直行与楼梯爬越步态

为提升四足机器人的障碍爬越能力,采用稳定裕度作为四足机器人静态稳定的判据,以落足点形成的 象限边界明确了不同初始位姿机器人的迈腿可能性．基于迈腿次序将所有步态划分为24 种类型．利用运动空间需 求最小、稳定裕度最大、步态协调性最好3 个基本评价指标,对四足机器人的24 种基本步态进行了对比分析．提出 了基于投影分析法结合平面静平衡步态理论的楼梯爬越步态研究方法,并以上述3 个特性参数最佳为要求,对楼梯 爬越步态进行了系统仿真,所得结果为四足机器人的直行与楼梯爬越步态选择提供了理论依据．实验表明了所研究 方法的有效性．     

一种机器人手眼关系自标定方法

设计了一种基于场景中单个景物点的机器人手眼关系标定方法．精确控制机械手末端执行器做 5 次以上平移运动和2 次以上旋转运动,摄像机对场景中的单个景物点进行成像．通过景物点的视差及深度 值反映摄像机的运动,建立机械手末端执行器与摄像机两坐标系之间相对位置的约束方程组,线性求得摄像 机内参数及手眼关系．标定过程中只需提取场景中的一个景物点,无需匹配,无需正交运动,对机械手的运 动控制操作方便、算法实现简洁．模拟数据实验与真实图像数据实验结果表明该方法可行、有效．     

机器人手眼协调的图象直接反馈方法*

本文从视觉与控制集成观点出发，提出了一种机械人手眼协调的新方法，利用手部机于期望抓取（操作）位置获取待待抓（加工）物体图象，以此作为期望图象，而后可以对任意位置的同类物体进行实时抓取，首先将期望图象与实时采样图象进行比较生成差图象，从而依据差图象进行实时伺服反馈，最终达到消除图象差的目的。     

Kinect相机的机器人视觉里程计

Kinect相机不仅能够获取彩色图像,还可以得到相应的深度信息.本文探讨了一种通过Kinect相机来实现里程计的方法,该方法由Kinect相机获取周围环境的连续帧信息,提取并匹配连续帧间的SIFT特征点,获取图像帧的描述子,通过特征点的位置变化计算机器人的位姿、里程编码等,从而实现视觉里程计的功能.     

多足步行机器人液压控制系统研究现状与发展趋势

针对多足步行机器人液压系统能量损失较大、结构相对单一及控制策略相对复杂等问题,从机器人液压系统和控制策略2个方面分析了多足步行机器人液压控制系统现状．将液压系统从泵源、液压执行器和液压控制结构3个方面分别阐述．从动力来源和油路结构介绍了泵源,从结构分类、一体化集成和特殊功能简述了不同液压执行器的应用,从阀控液压系统和泵控液压系统介绍了液压控制结构．从自由空间和约束空间两方面介绍了系统控制策略．多足步行机器人液压系统的发展方向包括小型化、轻量化、节能降耗、降低噪声和泄漏以及对控制策略的改进．     

Active Appearance-Based Robot Localization Using Stereo Vision

A vision-based robot localization system must be robust: able to keep track of the position of the robot at any time even if illumination conditions change and, in the extreme case of a failure, able to efficiently recover the correct position of the robot. With this objective in mind, we enhance the existing appearance-based robot localization framework in two directions by exploiting the use of a stereo camera mounted on a pan-and-tilt device. First, we move from the classical passive appearance-based localization framework to an active one where the robot sometimes executes actions with the only purpose of gaining information about its location in the environment. Along this line, we introduce an entropy-based criterion for action selection that can be efficiently evaluated in our probabilistic localization system. The execution of the actions selected using this criterion allows the robot to quickly find out its position in case it gets lost. Secondly, we introduce the use of depth maps obtained with the stereo cameras. The information provided by depth maps is less sensitive to changes of illumination than that provided by plain images. The main drawback of depth maps is that they include missing values: points for which it is not possible to reliably determine depth information. The presence of missing values makes Principal Component Analysis (the standard method used to compress images in the appearance-based framework) unfeasible. We describe a novel Expectation-Maximization algorithm to determine the principal components of a data set including missing values and we apply it to depth maps. The experiments we present show that the combination of the active localization with the use of depth maps gives an efficient and robust appearance-based robot localization system.     

Mobile Robot Navigation Using Sonar and Range Measurements from Uncalibrated Cameras

A novel, simple and efficient method for vision based range measurements with uncalibrated cameras is presented. Required parameters are the image size, the relative distance between two different image frames of the same scene and the field of view of the camera(s). Range measurements acquired using ultrasonic sensors and a vision system have been used to navigate a mobile robot around known colored obstacles in an indoor environment. Both sonar sensors and cameras are activated and they operate simultaneously in parallel to obtain range measurements from common search areas located in the front of the mobile robot. Experimental results using a parallel stereoscopic, rotated and monocular vision system with uncalibrated cameras confirm that the maximum computational error (as well as the normalized root mean square error) of range measurements using the vision system for obstacles lying at a distance of 27–800 cm from the robot, is smaller compared to other similar, even more advanced and state-of-the-art existing approaches, reported in Rajagopalan (IEEE Trans. Pattern Anal. Mach. Intell., 28(11): 1521–1525, 2004), Mudenagudi and Chaudhuri (Proceedings of IEEE International Conference on Computer Vision, 1: 483–488, 1999), Umeda and Takahashi (Proceedings of IEEE ICRA, pp. 3215–3220, April 2000), Jiang and Weymouth (Proceedings of IEEE CVPR, pp. 250–255, June 1989), Lai, Fu, and Chang (IEEE Trans. Pattern Anal. Mach. Intell., 14(4):405–411, 1992), Malis and Rives (Proceedings of IEEE ICRA, pp. 1056–1061, 2003), Derrouich, Izumida, and Shiiya (IEEE Annual Conference on IECON, 3: 2191–2196, Nov. 2002).     

全自主足球机器人视觉系统的方案分析与比较

简单介绍了全自主足球机器人比赛系统。设计了全自主足球机器人视觉系统的典型电路，包括CCD摄像头、SAA7111、AL422B、EPM7128及TMS320VC5402，并详细分析了系统的时序关系。给出了典型电路的变型设计，并进行了比较。     

基于传感网络的水下机器人控制器设计

由于水下机器人在水下受到不定水流的干扰,机器人控制器缺陷较大;设计并实现了一种以传感网络配合模糊控制理论的水下机器人控制器;利用频率为20kHz的超声波传感器网络组成控制器中的距离测量模块,对水下机器人测量方位和运动速度进行测量,给出了测距过程,主控模块以S3C2410嵌入式主控芯片为主,配合神经网络算法对障碍物进行判断,设计了详细的判断过程,提高机器人水下避障性能;最后进行实验,以M3型水下机器人作为测试对象,实验结果表明文章设计的机器人控制器比传统控制器在性能上有很大提高,完成工作的准确率大大增加,适合推广使用。     

基于CARLA-PSO组合模型的机器人步态控制系统设计

传统机器人步态控制系统对路线把握能力不强,导致对机器人步态的控制精度较差、时间过长。为解决上述问题,基于CARLA-PSO组合模型设计了一种新的机器人步态控制系统。硬件部分挑选操作性能较高的硬件元件系统,精准掌控系统中心点的位置,并在此位置上加大数据研究力度,通过数据监视模块及数据控制模块获取的数据结果,利用目标参数控制模块实施数据处理操作;以收集的硬件信息作为软件操作基础,利用CARLA-PSO组合模型得出机器人步态控制局部及全局最优解,综合运用软件控制算法整合获取的步态信息,调控路径信息,结合传感角信息,清理无关步态数据,完成机器人步态控制系统设计。实验结果表明,基于CARLA-PSO组合模型的机器人步态控制系统能够更精准地把控路线,相较于传统控制系统,设计的系统控制时间提高了15.2%,具有较好的控制效果。     

基于可调齿轮—五杆机构的仿袋鼠跳跃机器人运动步态分析

设计了一种可调齿轮—五杆仿袋鼠跳跃机器人,实现了能量的可调．利用ADAMS 软件对机器人的结 构参数进行了优选,按姿态调整、储能、起跳腾空、着地复位的动作顺序对机器人一个跳跃循环过程中的运动步态 进行了分析．采用简化的双质量—非线性弹簧模型对起跳条件和质心受力情况进行了分析．最后给出了仿真和实验 结果,证实了设计方案的可行性．