面向在轨测量任务的伴飞机器人三维仿真系统

为了避免空间伴飞机器人末端探测器与自身载体或者与待测航天器之间发生碰撞,在实际进行在轨测量之前,需要对其末端探测器轨迹规划方法进行充分的三维图形仿真.针对现有空间机器人地面仿真系统不能可视化的问题,设计了一种基于虚拟现实技术的三维仿真系统.首先,建立了基于Open Inventor的空间机器人三维实体几何模型,并构建反应空间机器人逻辑位置的三维仿真场景.然后,基于数据传输技术和构建的三维仿真场景建立了空间机器人可视化三维仿真系统.最后,建立空间机器人运动学模型并对空间机器人末端执行器跟踪的圆弧轨迹进行规划.仿真结果表明,利用该系统可直观得到空间机器人的运动过程以及空间机器人载体的运动特性,有利于空间机器人的轨迹规划和控制算法的仿真研究,可避免因不当轨迹规划而造成空间机器人发生碰撞.     

一种空间柔性机械臂接触动力学仿真的模型降阶方法

研究了空间机械臂接触/碰撞动力学仿真模型降阶问题。以刚体近似模型方法建立了空间机械臂的接触动力学模型,并通过线性化将其转化为状态方程形式,根据赫兹接触理论建立了接触/碰撞力的模型,在此基础上根据控制理论中主导极点的概念研究了基于系统主导特征值的接触动力学模型降阶方法。以一个3自由度平面机器人的接触碰撞问题为例进行了计算机仿真试验,结果表明,接触/碰撞动力学仿真模型降阶方法能够在高度逼近原系统的前提下显著提高空间机器人接触碰撞动力学仿真的计算速度。     

基于伪最小平移距离的机器人避障研究

针对机器人在非自由工作环境中的运动问题,需要对机器人与工作空间中的障碍物进行碰撞检测,并规划出无碰撞的运动路径。首先采用了伪最小平移距离作为计算空间几何体之间相对位置的距离函数,并通过伪最小平移距离确定机器人与障碍物嵌入最严重的点,然后采用假设-修正法对机器人运动路径进行重新规划、反复迭代从而生成一条无碰撞的运动轨迹。最后对冗余度为1的平面三自由度机器人碰撞问题进行了轨迹规划的仿真,结果表明该方法对于检测类似机器人手臂等凸体之间的距离及无碰撞路径生成是有效的。     

太阳能电池自动布贴机器人动力学分析与仿真

对空间太阳能电池片自动布贴机器人的大尺寸机构系统进行了深入研究,考虑关节运动为全约束运动,利用Eu ler变换法和Lagrange方程对机器人的两个主要运动系统导向定位系统和布贴系统进行了运动学和动力学建模分析,导出了描述两运动系统的雅可比矩阵以及显示形式的动力学方程,通过仿真证明了数学模型的正确性,为进一步研究该机器人的运动控制和轨迹规划问题打下了基础.     

焊接机器人在三维空间的无碰撞轨迹规划

研究解决了基于欧式空间焊接机器人碰撞轨迹规划问题的有效途径几何图形法．该方法适合于机器人在以线段和圆弧为边界障碍物环境下运动的轨迹规划算法．借鉴二维空间的几何图形法解决了三维空间机器人无碰撞轨迹规划问题．     

CRT工业机器人控制代码的碰撞检测

以降低碰撞检测的复杂程度为指导原则,从CRT工业机器人的运动特点出发,提出了基于最大运动空间分层索引模型的碰撞检测方法。结果表明,该方法将CRT工业机器人运动过程中的三维碰撞问题有效地简化为判断平面上一点与一封闭轮廓曲线之间位置关系的二维问题,具有算法简单、检测速度快和检测碰撞点准确等特点。通过实际开发系统实例的运行,证明了方法是正确和有效的。     

CRT工业机器人控制代码的碰撞检测

以降低碰撞检测的复杂程度为指导原则,从CRT工业机器人的运动特点出发,提出了基于最大运动空间分层索引模型的碰撞检测方法。结果表明,该方法将CRT工业机器人运动过程中的三维碰撞问题有效地简化为判断平面上一点与一封闭轮廓曲线之间位置关系的二维问题,具有算法简单、检测速度快和检测碰撞点准确等特点。通过实际开发系统实例的运行,证明了方法是正确和有效的。     

对偶四元数法求解自由浮动机器人运动学

在卫星维修,空间建造和轨道碎片清理等任务中,在轨服务机器人是最佳选择。在轨服务空间机器人通常由基座卫星和与其相连接的一个或多个机械臂组成。由于基座不固定,空间机械臂运动学比地面固定机械臂的情况要复杂得多。该文提出了一种求解在轨服务自由浮动机器人的运动学正逆解方法,以及它的速度运动学正逆解方法。该方法采用对偶四元数来进行运动学求解,因此比基于齐次变换的经典方法的计算效率更高。通过将动量守恒定律引入到运动学模型中来求解运动学问题,该方法适用于具有任意数量的机械臂、混合移动铰链和转动关节的空间机器人。已通过运动控制过程模拟对该方法进行了验证。     

转向盘式六足机器人设计及全方位运动控制

基于转向盘的全方位步行机器人综合了腿式机器人与车辆方向盘的结构特征,为了对其运动性能及运动控制进行系统研究,介绍了该机器人的设计思想、机构特色及运动原理.建立了该机器人的等效操作臂模型,给出操作臂的雅克比矩阵,推导出操作臂在关节空间和笛卡尔空间下的动力学方程,以此给出了转向系统的非线性闭环控制模型.基于Adams与Matlab/Simulink对机器人全方位运动进行了PID联合控制仿真,并对样机模型进行了实验研究.结果表明:转向盘式步行机器人在全方位运动控制方面灵活性好,方向精度高,控制简单可靠.     

新型码垛机器人工作空间及影响系数分析

针对一种新型码垛机器人,利用D-H方法建立了其运动学模型,然后利用数值方法在考虑各参数边界条件的基础上对其运动学方程进行求解,得到了机器人工作空间的三维图和二维截面图。在此基础上,提出并定义了机器人工作空间影响系数,进一步求得了机器人杆长和转角参数对其工作空间的影响系数曲线,定量分析了机器人两个结构参数的变化对工作空间的影响,从运动学角度为机器人结构优化和设计提供了依据。     

基于卷积力矩观测器与摩擦补偿的机器人碰撞检测

针对常规工业机器人在未知环境下运行时可能产生碰撞的安全性问题,提出一种新型的机器人碰撞检测算法. 设计卷积力矩观测器,通过实时观测关节输出力矩与动力学估计力矩的偏差实现机器人碰撞检测. 为了避免机器人处于不同位姿、运动状态等情况下关节摩擦对机器人碰撞检测的干扰,采用静态LuGre模型对关节摩擦进行补偿. 通过对实际工业机器人的运动监测,辨识出更加准确的静态LuGre模型参数. 该碰撞检测算法无需加速度信息,避免了对位置反馈信息二次求导所带来的计算误差. 关节力矩基于关节伺服驱动的电流信息获取,无需安装专门的力/力矩传感器,从而在常规工业机器人无需额外配置的情况下,只需采集机器人关节驱动电机电流和位置信息即可实现碰撞检测. 通过人与机器人交互实验验证了该碰撞检测算法的有效性.     

施工现场火灾智能化预防方案研究

电气、用火不慎引燃可燃物是我国建筑施工现场火灾频繁发生的主要原因,通过智能提示保持使用中的火源设备和大体积可燃物之间的安全距离可预防火灾发生,自动判定它们之间是否突破安全距离成为亟待解决的关键问题.基于国内外现有的研究成果和最新研究进展,提出了RFID移动目标定位与虚拟现实场景实现碰撞检测相结合的方案.基于RFID技术的目标定位算法实时感知移动火源设备位置并更新虚拟场景中模型的坐标,三维模型的碰撞检测确保火源设备移动使用时一旦与可燃物突破安全距离,立即产生警报信息发送到现场硬件模块提醒相关人员做好防护措施.     

基于ArcGIS的校园三维场景漫游关键技术研究与实现

本文探讨并解决了基于ArcGIS构建校园三维漫游场景时的关键技术和问题,其中包括碰撞检测算法、漫游算法、空间测量算法,模型的优化,以及模型导入时的相关问题。在此基础上,实现了长春理工大学南区的三维漫游系统。     

模型预测控制下多移动机器人的跟踪与避障

提出了一种基于距离和速度的机器人之间的避障方法,通过与机器人避开障碍物的人工势场法相结合,建立一致性控制编队控制协议。首先,建立机器人之间的通信拓扑关系,以便机器人之间的信息交流。在编队控制层面上,设计具有避碰的编队控制律。然后,在编队跟踪层面上,运用模型预测控制方法,将编队误差运动问题按代价函数转化为最小优化问题。为了在线高效地求解该优化问题,运用了一种广义投影神经网络优化的方法,以便最优解作为控制输入。最后,对多移动机器人编队进行了仿真,验证了所提出策略的有效性。     

基于层次包围盒和光线追踪的两步法碰撞检测技术

为了实现虚拟现实场景中物体间的实时碰撞检测,结合层次包围盒和光线追踪算法的优点,提出了一种新的两步法碰撞检测技术.利用层次包围盒法进行预处理优化,快速排除不相交的包围盒,将预处理结果直接传递给后续精确检测模型.采用光线追踪法在一维空间迅速搜索到具体碰撞点对,并返回点对间的距离和表面法向量等碰撞响应所需的量.预处理阶段和精确碰撞检测过程中的输入都存储在相同的数据结构,即八叉树中,减少了冗余的计算量.仿真实验表明,两步法碰撞检测技术对点对间的碰撞检测具有较好的准确性和高效性.     

路径规划中两个多面体的快速碰撞检测算法

如何进一步提高碰撞检测的速度在智能机器人路径规划中非常关键,为此给出了一种新的碰撞检测算法;它是以空间中的平面方程为基础,将一组平面方程进行几次代数变换得到一组常数不等式,观察这组常数不等式中是否含有矛盾不等可判定机器臂是否与空间中的障碍物相撞。     

面向协作机器人的零力控制与碰撞检测方法研究

为了解决协作机器人柔顺交互控制问题，本文对机器人的零力控制和碰撞检测方法进行了深入研究。首先将逆运动学问题转化为（Newton-MP）广义逆和牛顿下山法的迭代求解问题。其次，针对协作机器人的零力控制问题，建立了基于速度三次摩擦力模型的完全动力学方程。对摩擦力模型进行遗传算法多参数辨识。再次，提出了基于One-Class卷积神经网络的碰撞检测方法，构建了无碰撞数据集，解决了传统碰撞检测方法建模不准确的问题。最后，通过实验证明，本文提出的Newton-MP优化方法具有良好的性能，绝对误差达到0.00013mm。与理想摩擦力模型进行对比，采用基于速度的三次摩擦力模型拟合出的摩擦力能够更好适用于零力控制。将外力矩观测器与One-Class卷积神经网络碰撞检测进行优缺点分析，可以证明One-Class卷积神经网络可以在不依靠模型的情况下，准确地检测机器人的异常碰撞。     

三维车削仿真的碰撞检测

在分析了目前碰撞检测主要方法的基础上,研究了三维车削仿真加工过程中的碰撞检测方法。在造型的过程中借助了多边形的概念和B_rep的造型方法;在算法上采用将三维实体间的碰撞检测转化为二维多边形间的重叠性检验;并通过多边形之间的布尔交运算来判定碰撞的发生。实现的平台为自主开发的动态三维车削仿真系统CNCSimu 2．0。仿真实例表明:该方法简化了碰撞模型,提高了碰撞检测效率。     

Collision avoidance planning in multi-robot system based on improved artificial potential field and rules

For real-time and distributed features of multi-robot system,the strategy of combining the improved artificial potential field method and the rules based on priority is proposed to study the collision avoidance planning in multi-robot systems. The improved artificial potential field based on simulated annealing algorithm satisfactorily overcomes the drawbacks of traditional artificial potential field method,so that robots can find a local collision-free path in the complex environment. According to the movement vector trail of robots,collisions between robots can be detected,thereby the collision avoidance rules can be obtained. Coordination between robots by the priority based rules improves the real-time property of multi-robot system. The combination of these two methods can help a robot to find a collision-free path from a starting point to the goal quickly in an environment with many obstacles. The feasibility of the proposed method is validated in the VC-based simulated environment.     

基于AT89S52汽车倒车防撞预警系统的设计

为了降低汽车倒车时因＂后视＂不良而引起的刮擦碰撞事故,设计了一款汽车倒车防撞预警系统。该系统以AT89S52单片机为主控单元,采用HC-SR04超声波测距模块实现非接触式测距,在硬件匹配的基础上,进行了电路设计和软件设计,并进行了测试实验,对测距误差进行了分析。本系统探测距离可为2~400 cm,测距精度可达3 mm,能够满足汽车在狭小空间内的倒车预警要求。