基于粒子滤波和地图匹配的融合室内定位

为提高室内定位的精确性与合理性,该文提出使用粒子滤波融合WiFi指纹定位和行人航位推算,应用室内地图对定位结果进行匹配与矫正。地图匹配中,首先通过室内地图约束粒子的不恰当转移来解决粒子的穿墙问题,然后采用基于回退的穿墙矫正算法对行走轨迹中的穿墙现象进行矫正。仿真实验中,经过粒子滤波融合后估计的行走轨迹更加接近真实轨迹,优于WiFi指纹算法和行人航位推算算法估计的轨迹,而经过地图匹配与矫正后,定位精度和合理性得到进一步提高。     

两足步行机器人并联腿机构的稳定性分析

提出了用ZMP点作为评价两足步行机器人并联腿机构稳定行走的指标,并给出了机器人在理想的状况实现静态行走时的ZMP点与稳定裕度的关系．分析了已知并联机器人在给定末端执行器轨迹的情况下在理想的地面进行稳定行走时的重心轨迹,并且给出了两足机器人能够稳定行走的区域,为两足并联机器人的研究开发和控制打下了坚实的基础．     

基于地面反力的双足机器人期望步态轨迹规划

提出了一种基于地面反力的双足机器人期望步态轨迹规划方法。通过D Alembert定理推导出地面反力与机器人关节运动之间的数学关系。结合ZMP（零力矩点）稳定性原则和其他物理性约束条件,给出了双足机器人期望步态轨迹。受人类行走的启发,采用模糊策略来规划期望ZMP轨迹。该方案与传统的双足机器人步态轨迹生成方法比较,可实现稳定的行走,具有上体的运动范围小,适用于单、双脚支撑期等优点。双足机器人的实验说明了该方案的可行性和良好性能。     

基于Android平台的管道监测系统客户端设计

为了实现管道内部情况的检查和监测,根据管道机器人运行环境特点,设计了基于Android平台的管道图像监测系统客户端。系统利用无线WIFI通讯技术、C/S控制系统结构和触摸技术实现了机器人行走轨迹控制、速度和管内亮度控制、管内监测和图像的保存与回放等功能。实验证明该系统可控制机器人的行走轨迹、速度以及管内图像的监测等功能。     

六足机器人横向行走步态研究

以一种新型的多自由度六足机器人机构为对象,研究其横向行走步态,规划一种横向行走的三角步态,并完成了足端轨迹规划和稳定性分析.最后采用Pro/E和ADAMS等软件相结合的方式对六足机器人的样机模型进行运动学仿真与分析,结果证实了该横向行走步态的可行性,为接下来的物理样机实验提供了依据.     

船舶行为的语义建模与表达

船舶行为的语义表达是实现水上交通态势智能认知与知识推理的基础。为实现对船舶时空运动特征的语义表达和抽象,完善船舶轨迹的语义转换方法,提出了一种船舶行为语义的认知计算模型。通过融合船舶的时空轨迹数据及航行环境信息,以船舶时空轨迹单元为基础,根据船舶的运动状态、轨迹的空间拓扑特征以及行为的语义特征,依据空间拓扑学理论,将船舶时空行为抽象为原子行为、拓扑行为和交通行为,从船舶的时空轨迹到语义行为进行了不同层次的概念建模、语义描述和形式化表达;最后,基于该语义模型对船舶在港口水域中不同类型的航行行为进行实例验证。结果表明,该模型能够对港口水域中不同运动特征、不同空间拓扑特征的船舶行为进行语义建模与形式化表达,将其提取为5种典型的交通行为,表明该语义模型对船舶行为认知具有一定的合理性和良好的适用性。研究成果能够为船舶行为的语义认知、知识计算提供理论方法基础,实现对高级船舶行为的语义计算和认知推理。     

薄膜中的无规行走

对具有反射壁的薄膜空间中的无规行走和自回避无规行走进行了分析，并用Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ方法进行了数值模拟。结果表明，具有反射壁的薄膜空间中的无规行走与Ｅｕｃｌｉｄｅａｎ空间中的无规行走具有相同的标度行为，而薄膜内的自回避无规行走亦有一定的标度性，其分维与二维和三维空间均不相同。     

基于Bezier曲线的四足机器人Trot步态优化

为实现四足机器人的稳定行走,需要对其足端轨迹进行合理规划。首先,以Bezier曲线为基础,规划四足机器人的足端轨迹,并依据足端轨迹约束条件对足端轨迹进行优化;其次,通过多组对比实验确定出最优的一组控制点坐标,设计四足机器人的足端轨迹,并找到最佳的步长和抬腿高度组合;最后,基于Matlab/Simulink搭建仿真平台进行仿真实验,与应用复合摆线规划的足端轨迹在足端落地时的冲击力、质心的波动范围、机体的偏航距离、前进距离4个方面进行比较,分析四足机器人的稳定性。仿真结果表明：采用Bezier曲线规划的足端轨迹,提高了机器人运动的稳定性。     

基于模糊规则的三肢体仿生机器人步态规划器

针对实验室研制的三肢体功能仿生机器人所欲实现的行走功能提出5种基本步态:高姿爬行步态、低姿爬行步态、交叉行走步态、翻转行走步态和两肢体行走步态,据此提出基于模糊规则的在线步态规划器.该步态规划器可以通过对上述5种基本步态的轨迹进行模糊修整,生成适合动态环境行走的演化步态,然后再自动回归到基本步态,实现基本步态和演化步态之间的转换,从而完成既定任务.机器人爬坡仿真实验表明了该步态规划器理论上的有效性.     

仿生六足机器人传感信息处理及全方向运动控制

针对传统CPG控制方法无法很好地控制机器人足端轨迹的问题,提出基于中枢神经模式发生器(CPG)的控制方法.在CPG控制方法中加入用于足端轨迹控制的轨迹发生器模块,通过调节参数值可以实现机器人的全方向运动控制.为降低传统CPG控制中传感信息反馈以及参数调整的复杂程度,设计2种用于躲避前方和两侧障碍物的传感信号处理的神经网络.该模块实现多传感信号的融合,生成用以控制机器人运动行为的各个参数值,实现机器人的自主避障.设计一个仿生六足机器人样机,将其分别放置在墙角和狭窄空间中进行自主避障行走实验,结果证明了机器人全方向运动控制算法和自主避障算法的可行性.     

Optimal trajectory planning for natural biped walking locomotion

0　INTRODUCTIONBipedwalking ,askillfulandsophisticatedlocomo tion ,isattainedbyhumanandbirdsthroughalongevolu tion .Theresearchanddevelopmentofbipedwalkingrobothavebeenperformedbymanyresearcherssince 196 0s .Thecontrolstrategiesdevelopedtogenerateastablewalk inggaitarezeromomentpoint (ZMP)methodbyTakan ishi ,et.al.[1] ,trackfollowingcontroltohumangaittra jectoriesbyMita ,et .al .[2 ] andcombinationofmodelfol lowingcontrolforasingleinvertedpendulumofthemasscenterandsynchronizationcontrolo…     

基于模型预测控制的仿人机器人实时步态优化

为了提高仿人机器人在行走过程中的抗干扰能力,提出基于模型预测控制（MPC）的步态生成与优化策略. 基于飞轮倒立摆模型（IPFM）,建立系统状态空间模型. 给定落脚点参考位置和躯干旋转参考角度,提出包含质心（CoM）轨迹生成、落脚点调整和躯干旋转角度优化的多目标惩罚函数;考虑足部支撑范围、落脚点变动范围等可行性约束,建立二次规划（QP）求解模型. 利用开源求解器,实现最优质心轨迹、足部落脚点和躯干旋转角度的在线生成. 通过仿真验证了该算法的可行性和有效性. 结果表明,每个控制循环在2 ms内完成,满足实时控制需求;该方法能够利用躯干旋转以实现更大范围变步行参数的稳定行走;与只调整落脚点相比,机器人对各个方向外力的抵抗能力都有提高.     

仿人机器人的可变ZMP步态规划

为使仿人机器人能够稳定地行走,基于三维倒立摆模型,采用了可变ZMP(Zero-Moment Point)来进行仿人机器人的步态规划.在单脚支撑期依据可变ZMP采规划COG(Center of Gravity)的轨迹,在双脚支撑期内则让ZMP保持低速匀速运动,由此来规划此时间段的COG轨迹.仿真结果验证了规划的合理性,保...     

考虑导引头多约束的滑翔制导炮弹弹道规划

为提高制导炮弹在大着角情况下导引头捕捉目标的速度，减小末制导起始点角度偏差，在传统制导炮弹方案弹道规划方法(trajectory programming method, TPM)的基础上考虑末制导段，提出一种考虑导引头多约束的弹道规划方法(trajectory programming method-constraints of seeker, TPM-CS)。根据导引头最大探测距离建立末制导起始点约束，根据弹目几何关系和导引头视场角建立攻击路径约束，并建立最小化前置角和控制变量幅值的目标函数。为实现制导炮弹初始弹道倾角、偏角、火箭点火时间、滑翔启控时间、导引头开启时间等参数的最佳匹配，建立了5阶段弹道规划模型，并采用多阶段Radau伪谱法将该弹道规划问题转化为非线性规划问题，最后调用非线性规划求解器SNOPT进行求解。选取不同性能参数的导引头进行仿真，分析了导引头最大探测距离和导引头视场角对方案弹道的影响。将文中提出的弹道规划方法与传统弹道规划方法进行对比仿真，结果表明，相比于传统方法，文中所提方法规划方案弹道的末制导初始角度偏差缩小71.590%,导引头对目标保持照射状态的时间延长6...     

基于双生成函数的步行机器人最优步态生成

将最优控制理论中的双生成函数方法应用到双足步行机器人的在线最优步态生成中.针对线性化的机器人模型,分别以关节角度和力矩为状态和输入变量,考虑能量消耗,构造线性二次型最优控制问题.基于一对生成函数推导得到该问题的解,可以参数化为线下计算系数和边界条件,相对应的求解过程由线下数值积分部分和线上代数运算部分组成.通过设置多步仿真实例进行计算.结果表明,利用该方法可以显著地提高机器人步态的在线生成效率.设计比例微分控制器,当机器人以合理的步长和适当的时间段行走时,由线性化引起的建模误差可以被控制在较小范围之内,非线性模型的轨迹可以很好地跟踪线性化模型的轨迹.     

一种测量人行走时骨盆运动轨迹的新方法

骨盆的运动轨迹是类人机器人和康复训练机器人控制的基础,针对以往研究方法的不足,提出了一种测量人在跑步机上行走时骨盆运动轨迹的新方法.通过3个高精度位移传感器和1个数据采集卡进行数据采集,运用MATLAB软件进行数据处理和分析.实验结果表明:正常人行走过程中,骨盆在左右和上下方向的运动轨迹符合周期性变化规律,近似于正弦波形;在一个完整的步态周期内,骨盆左右摆动1次,上下起伏2次;幅值主要由身高和行走速度等参数决定,在此基础上建立了骨盆运动轨迹的数学模型.     

圆柱式缩放步行机构分析及运动学仿真

详细分析了用于全方位步行机构的圆柱式缩放步行机构的运动学问题，提出了步行机对其步行机构足端运动轨迹的要求，给出了该机构足端运动轨迹的规划方法，并在ＳＧＩ计算机工作站上进行了运动学仿真。     

基于深度高斯过程的飞行冲突探测方法研究

为了更加准确地建立航班飞行轨迹的时序特征,该文引入了高斯过程预测航班飞行轨迹.考虑机动环境运动目标的非线性特征,将高斯过程与深度置信网络相结合形成深度高斯过程,将其用于预测航班飞行轨迹.同时基于预测的航班飞行轨迹,实现了概率型基于深度高斯过程的飞行冲突探测算法.在引入蒙特卡罗思想和马尔科夫链蒙特卡罗采样算法基础上,提出...     

一种获取骨盆左右运动轨迹模型的方法

针对目前有关人体步态运动的研究现状,提出了一种获取人行走过程中骨盆在左右方向运动轨迹数学模型的新方法．介绍了骨盆三维运动轨迹检测系统的测量原理与数据处理方法,对30名健康男性青年行走过程中骨盆的运动轨迹进行了实验研究．通过高次多项式拟合去除测量误差,运用最小二乘法获取各运动参数的函数表达式,最终得出了骨盆在左右方向运动轨迹的数学模型．该模型可以应用于计算任何健康男性青年以正常速度自然行走时骨盆在左右方向应该具有的运动规律和相关参数,这在康复评定、人机工程等诸多领域具有重要的应用价值．     

近地小行星探测任务月球借力逃逸转移混合优化方法

利用月球借力能够提升送入深空的有效载荷的质量。设计月球借力深空逃逸轨道主要有两种方法：正向法将借力轨道参数化后,利用全局优化算法进行优化,该方法思路直观,但优化参数多,导致计算耗时长,收敛稳定性差;反向法先确定日心段最优轨道,再拼接月球借力地心段轨道,该方法计算耗时少,但模型精度差,并且不容易收敛到全局最优解。为了快速求解月球借力深空逃逸轨道,本文在已有方法基础上提出混合优化方法。提出的混合优化方法充分利用反向法收敛速度快和正向法精度高的优点,先以反向法的多目标优化Pareto解集为参考轨道,再在参考轨道附近开展局部优化,利用正向法使用全局搜索算法,快速获得最优转移轨道。以探测近地小行星1989 ML和2003 SM84为例进行了数值仿真,仿真结果显示混合优化法解的收敛稳定性和计算效率相比正向法提升显著,改进后解的收敛稳定性提升至原来的3～4倍,计算时间缩短50%。仿真结果表明混合优化法对解的收敛稳定性和收敛效率提升效果显著。