网格型自重构模块化机器人的对接过程

研究一种网格型自重构模块化机器人,基本模块由1个中心体和6个旋转面(连接面)组成.针对该网格型自重构机器人的性能和模块连接可靠性的不足,设计一个新的模块对接系统.该对接系统主要由可伸缩轴和可变孔组成,通过可伸缩轴和可变孔的对中、配合、锁紧和松开可仿真实现正常模块与正常模块、正常模块与故障模块的连接和分离,实现网格型自重构机器人的自变形及自修复动作,从而保持机器人整体构型的完整性.基于模块的几何特征,描述相邻模块的对接关系;基于"棋盘约束规则",分析了模块间的对接过程:模块旋转到位阶段和模块微调对中阶段:6模块自重构机器人的对接仿真和3模块试验证实该自重构机器人系统能够完成模块间的对接任务.     

混合型自重构模块化机器人对接系统的研究

设计了一种新型的混合型自重构模块化机器人,其基本模块由外形呈正三棱柱的主、从模块构成:主模块包括3个主驱动电机及螺旋传动装置,从模块包括2个从驱动电机及螺旋传动装置。针对该自重构机器人,设计了一种手爪握合式对接系统:该对接系统主要由钩爪结构、传动盘和连接盘构成,通过钩爪的伸缩、张合及传动盘的转动实现相邻模块间的对接和分离。基于混合型自重构模块化机器人基本模块的几何特征,描述了手爪握合式的对接关系;基于主、从模块间及相邻基本模块间的空间约束关系,分析了相邻基本模块之间对接、分离的过程;该自重构机器人3个基本模块的构型变化、对接仿真,证实该自重构机器人系统能够完成变形及基本模块间的对接任务。     

基于红外定位的微小型自重构移动机器人

为了提高微小型移动机器人的作业能力,提出了一种模块化的微小型自重构移动机器人系统。系统中每个单元机器人既可以作为动力单元,拖动其他机器人进行探测,也可以独立成为通信节点,扩大系统的通信范围。单元机器人由中央处理模块、通信模块、驱动模块、对接模块和定位模块组成。多个单元机器人可以彼此对接构成组合机器人。为了实现微小型化,设计了基于红外信号强度的定位方法。并针对现有对接技术的不足,结合电磁式重构机构与机械式重构机构的优势,提出一种新型的自动对接方法。最后进行了机器人之间的对接实验,实验结果证明了机器人设计的合理性。     

模块化可对接爬壁机器人

针对单体爬壁机器人越障能力低而多关节爬壁机器人壁面运动能力差的问题,提出了一种具有对接能力的模块化电磁吸附爬壁机器人设计。主要介绍了单体吸附爬壁模块、越障关节结构设计以及爬壁机器人的控制系统设计。该机器人的单个模块能够独立吸附行走,而多个模块对接后则能利用越障关节完成壁面越障。实验证明此种模块化可对接爬壁机器人爬壁性能良好,不仅能在壁面进行越障,且能够在单目视觉系统导引下实现壁面对接和分离。     

自重构机器人锁紧机构设计及自主对接研究

自主对接是实现机器人自重构的关键技术。基于新型自重构模块化机器人M2SBot的结构,设计了独特的正弦加速度槽凸轮式对接锁紧机构,可实现可靠连接。同时提出一种新的三维空间对接算法,将基于罗德里格矩阵的公共点法与爬山搜索算法相结合,扩大了两个待接面间空间偏移角的搜索范围。该算法利用红外线传感器计算两模块间的相对位姿偏差,通过逐步调整各个偏移量实现对接。最后分析了整个过程的对接策略。仿真结果表明,该锁紧机构和对接算法可以有效地实现模块间的对接。     

基于嵌入式视觉的移动式自重构微小型机器人

本文提出了一种新型移动式自重构机器人。机器人包含若干可独立执行任务的移动子机器人,单元子机器人由若干模块化组件(中央处理模块、通信模块、驱动模块、弯举模块、超声模块、视觉模块等)组成,并可通过展开结构进行简单变形以增强自身机动性能与越障能力。多个子机器人可以在微型CMOS相机及其它传感器协作下自主对接为整体机器人,并可自重构为蛇形、环形等构形完成越障;在任务完成后,各子机器人可以彼此脱离,形成分布式机器人系统。为实现机器人微小型化,在模块化设计过程中大量采用了紧凑机械结构,设计了基于微型CMOS数字相机的嵌入式图像处理模块用于视觉自重构,以及基于ARM、FPGA的嵌入式中央控制器进行低能耗高效率的全局控制。单元机器人通过了完整功能测试,并完成了两个模块间的对接实验。     

基于串并联机构的自重构移动机器人

为验证具有大输出力矩和工作空间的可重构机构对提高移动机器人运动性能的有效性,设计一种基于串并联等效球铰机构的可对接自重构多模块移动机器人.利用丝杠摇块机构构成并联机构支链,两个支链并联然后与一个旋转机构串联构成主动等效球铰机构.所提出的等效球铰机构结合并联机构和串联机构的优点,能以紧凑的结构提供较大的输出力矩和工作空间.对该串并联机构进行运动学分析,获得运动学逆解,作为机器人控制算法依据.进行机构静力学分析,获得确定驱动力和负载条件下机构的可控工作空间,为结构设计和工作路径选择提供理论指导.提出能实现平面偏差补偿和大负载能力的对接机构,实现机器人模块间的对接和脱离.设计JL-1型机器人样机,并利用该样机进行试验.试验验证了所提出串并联主动等效球铰机构和对接机构的有效性,同时证明自重构功能赋予野外机器人主动扩展地形适应性的能力,从而有效地增强机器人对环境和任务的适应性.     

自重构机器人的基本模块结构设计与分析

给出了一种新颖的点阵晶格型自重构机器人的基本模块，该模块由1个中心体及6个旋转面组成。中心体内由相互正交的6个锥形齿轮组成机械传动结构，完成1个电机驱动6个旋转面转动的功能，旋转面上对称布置一轴和一孔，由旋转面的旋转、前进，完成相邻两模块相应旋转面上的轴插入相应孔中的对接任务。分析了空间模块间的可能运动，并用由3个模块和1个底座组成的自重构机器人系统来说明所设计模块结构的可行性。     

基于摄像头的群体机器人的控制算法研究

在第一代自组装模块化群体机器人Sambot的设计基础上,采用激光定位和摄像头模块进行信息采集,重新设计出了新一代自组装模块化群体机器人SambotⅡ。详细叙述了SambotⅡ机器人的视觉控制算法,通过相关的摄像头和激光实验验证了该算法的可行性。最后设计了两个SambotⅡ机器人的自主对接实验,展示了实验结果并对结果进行了分析,证明了SambotⅡ机器人整体方案的可行性。     

自重构微型移动机器人红外定位与对接

自动对接一直被认为是自重构机器人领域内最具有挑战性的一个研究难点,是其区别于可重构机器人的重要特征.文中给出了一种简单的基于红外传感的对接方法,用于自重构微型移动机器人.设计了由1个红外接收器和4个红外发射器组成的红外定位系统.通过采用红外集中对准和动态路径规划的控制方法,使微机器人之间的自动对接具有很高的效率和可靠性.通过两个微机器人之间的对接实验,验证了该方法的可行性.     

A TDOA-Based Ultrasonic Absolute Localizing System of a Rail Robot in Greenhouse

In this paper,we present a method for localization of a rail autonomous pesticide spraying and sampling robot working in greenhouse using an absolute localization system.Design and implementation of the localization system comes from the usage of beacon systems each of which is composed of an RF single receiver and an ultrasonic transmitter.The RF single receiver gets the synchronization signal from the mobile robot,and the ultrasonic transmitter sends ultrasonic signal,thus the distance from the beacon to the ultrasonic receiver can be measured.The position of a beacon in coordinate system of robot can be calculated according to distance information from the beacons to two ultrasonic receivers which are mounted on the robot.Based on the coordinate transformation,the position of a mobile robot can be calculated from the beacon’s absolute position information in the global coordinate system.Experiments demonstrate the effectiveness of the proposed method in real world applications.     

3D attitude measurement by means of spread spectrum modulated ultrasonic wave

Local position and attitude measurement methods are necessary for the navigation of autonomous robots and the other applications. In this paper, a 3D attitude measurement method is proposed. This method uses the spread spectrum modulated ultrasonic wave for the measurement of the pseudo-distance of each pathway between transmitter and receiver elements that are arranged in an array. The relative attitude between transmitter and receiver unit could be calculated from the relationship between these pseudo-distances. The use of spread spectrum modulation enables the high accuracy, noise tolerance, and coexistence of multiple transmitter devices by code division multiple access (CDMA) between transmitter and receiver elements. A pair of transmitter and receiver prototype for proposed method was manufactured, and the fundamental performance was examined in experiments. As a result, accuracy of σ=0.78 mm in the pseudo-distance measurement of each pathway between transmitter and receiver elements was confirmed, and about 0.01 rad resolution in the attitude measurement was also confirmed.     

超声波测距传感器在回转窑窑体变形误差检测中的应用

介绍了采用超声波测距传感器检测回转窑窑体变形误差的工作原理,设计和开发了基于单片机控制的8路超声波数据采集系统的发射与接收电路及其相应的软件,同时考虑了环境温度对波速的影响,通过温度补偿的方法来校正波速,因而检测系统的测量精度高。     

超声波液位检测仪的设计

介绍了超声波测距的基本原理,对应超声波测距仪的误差产生原因,设计了一个以提高测量精度为目的的超声波液位测量仪原型系统,该系统包含脉冲发射电路,变增益接收电路,温度补偿电路和相应的控制电路.实验结果表明该设计方法可以提高超声波测距仪的测量精度并且硬件开销不大.     

一种新型车型自动识别系统

提出了一种新型超声波车型自动识别系统,该系统集超声波回波测距原理和现代计算机技术于一体,实现对车辆高度、长度、速度的自动检测,并进行车型自动识别与分类。本文详细介绍了超声波测距原理,利用超声波发射电路、接收电路和单片机实现车型自动识别的方法。     

基于C8051F320单片机的超声波测距仪

介绍了USB(通用串行总线,Universal Serial Bus)型单片机C8051F320和相应的集成开发环境,详细论述了超声波测距仪从系统的整体结构设计到发射与接收部分电路的实现以及软件设计的整个过程.为了提高测量精度,采取了温度补偿、增大发射功率、回波捕捉等措施.系统充分利用C8051F320的功能模块和片内资源,实现了温度和距离的测量、输入信号的采集和USB总线传输,可在VC编制的界面平台上控制单片机及实时显示数据处理结果.该超声波测距仪符合USB2.0规范并采用USB总线供电模式,无需外接电源,支持即插即用.经测试该系统能有效提高测距精度,有望得到进一步应用.     

车载超声波测距系统的开发

提出了一种车载超声波系统,分析了超声测距的原理和超声测距系统需要从外界获取的参数,设计了超声波测距的硬件软件系统,其中详细叙述了超声波发射电路和超声波接收电路的组成。经实验证实,本系统具有较高的测距精度,可以完成倒车雷达等泊车辅助系统所需测距任务,具有一定的使用价值和广阔的应用前景。     

基于新型超声测距的精准对靶测控仪

提出了一种基于新型分离式直射超声测距的精准对靶测控仪设计方案.方案中运用分离式超声发射和接收传感器实现快速测距,采用单片机实现测距精度的提高和对靶控制.在软件设计中采用了嵌入式C语言代码与汇编的混合编程技术,进一步增强了测距测控仪的稳定性.测试结果表明:分离式直射超声测距法有效提高了测距速度和自动对靶精度,系统能够很好地满足实用要求.     

伪随机码超声扩频在声学测温中的应用研究

声学测温技术中声波飞渡时间的测量是提高温度测量精度的关键。为了提高声波测温装置在锅炉强背景噪声下的抗干扰能力,借鉴雷达中的脉冲压缩技术,介绍了基于伪随机二进制序列的超声扩频测声波飞渡时间方法。利用信号处理技术中的互相关函数分析方法,计算声波发射端和接收端两路信号之间的时间延迟。在实验室加背景噪声的条件下,对声波时间延迟估计进行了实验研究。实验结果表明:伪随机码超声扩频测量飞渡时间具有较高的准确性、稳定性和抗干扰性能,该方法对提高声学测温精度具有实际意义。     

基于多普勒效应的汽车刹车预警系统研究

汽车安全技术是汽车工业研究领域的一个重要分支。为了赋予汽车智能控制和较高的安全性能。提出了一种利用超声波的多普勒效应来测定车距变化的方法,一种基于STC89C52RC的超声波测距系统的工作原理及其硬件组成和相应的软件流程。硬件系统由脉冲发射电路、接收电路、温度补偿电路和相应的控制电路组成。同时,为了提高超声波测距精度,采用多普勒效应对超声波的传播速度进行校正。实测证明,系统具有较高的测量精度和较强的适应性。