以ARM为核心的嵌入式体感遥控器设计

介绍一种以ARM为核心的嵌入式服务机器人体感遥控器的设计。硬件上,本遥控器采用具有ARM Cortex—M3内核的STM32F103C8T6作为核心处理器,选用ST公司的iNEMO惯性导航模块进行手部姿态的识别,同时还具有LCD显示模块、无线收发模块和电源模块;软件上,采用嵌入式操作系统μC／OS—Ⅱ实现多任务的调度和外围设备的管理。经实验验证,本遥控器具有高稳定性、高实时性、高可靠性、低误码率等优点。     

Design of robotic visual servo control based on neural network and genetic algorithm

A new visual servo control scheme for a robotic manipulator is presented in this paper, where a back propagation (BP) neural network is used to make a direct transition from image feature to joint angles without requiring robot kinematics and camera calibration. To speed up the convergence and avoid local minimum of the neural network, this paper uses a genetic algorithm to find the optimal initial weights and thresholds and then uses the BP algorithm to train the neural network according to the data given. The proposed method can effectively combine the good global searching ability of genetic algorithms with the accurate local searching feature of BP neural network. The Simulink model for PUMA560 robot visual servo system based on the improved BP neural network is built with the Robotics Toolbox of Matlab. The simulation results indicate that the proposed method can accelerate convergence of the image errors and provide a simple and effective way of robot control.     

Systematic robustness analysis of least squares mobile robot velocity estimation using a regular polygonal optical mouse array

This paper presents the robust velocity estimation of an omnidirectional mobile robot using a regular polygonal array of optical mice that are installed at the bottom of a mobile robot. First, the velocity kinematics from a mobile robot to an array of optical mice is derived, from which the least squares estimation of the mobile robot velocity is obtained as the simple average of the optical mouse velocity readings. Second, it is shown that a redundant number of optical mice contributes to the robustness of the least squares mobile robot velocity estimation against both measurement noises and partial malfunction of optical mice. Third, the sensitivity analysis of the least squares mobile robot velocity estimation to imprecise installation of optical mice is made, from which a practical method of optical mouse position calibration is devised. Finally, some experimental results using commercial optical mice are given to demonstrate the validity and performance of the proposed mobile robot velocity estimation. Copyright © 2011 John Wiley and Sons Asia Pte Ltd and Chinese Automatic Control Society     

未知环境下机器人障碍物检测技术

未知环境下地面的不平坦性和机器人相对障碍物位姿的不确定性会造成障碍物特征提取困难,为了准确检测障碍物特征,采用3维相机获取机器人周围环境的灰度图像和距离信息。在此基础上,提出基于灰度信息和3维信息的"阈值法"进行障碍物区域的提取,并针对3维信息"阈值法"剔除的地面与障碍物过渡区域过多,以及机器人相对斜坡方位的不确定性引起的障碍物特征检测不准确,提出区域的恢复算法和表面法线坡度计算。实验结果表明,所提出的算法具有简单、有效、准确和鲁棒性强的优点。     

霍夫空间中多足球机器人协作目标定位算法

针对嵌入式仿人足球机器人提出一种霍夫空间中的多机器人协作目标定位算法。机器人利用实验场地中的标志物采用基于三角几何定位方法进行自定位,把机器人多连杆模型进行简化,通过坐标系位姿变换把图像坐标系转换到世界坐标系中,实现机器人目标定位;在多机器人之间建立ZigBee无线传感器网络进行通信,把多个机器人定位的坐标点进行霍夫变换,在霍夫空间中进行最小二乘法线性拟合,获取最优参数,然后融合改进后的粒子滤波实现对目标小球的跟踪;最后在21自由度的仿人足球机器人上进行仿真和实验。数据结果表明,这种多机器人协作的定位算法的精度提高了约48%,在满足实时性的前提下,对目标的跟踪效果也得到了改善。     

三维地图引擎中地形跟踪算法的实现

作为三维地图引擎中的重要一部分,地形跟踪算法起到了模拟各种不同地形与运动设备的作用。好的地形跟踪算法不仅可以实现水面、沙地、森林等在各种地形上行进的感受,还能模拟出船舶、车辆等各种不同载体的运动感受。在一款三维导航产品中,做好地形跟踪算法,对于用户体验的改善是相当大的。     

未知环境下基于约束点的移动机器人路径规划

针对未知环境中障碍物种类多样性和位置不确定性的特点,提出了基于约束点的路径规划方法。首先对机器人在未知环境中检测到的局部障碍物信息进行分类和几何特征属性描述,得其约束点信息,然后引入改进后的A*算法,将其搜索范围局限于约束点上,计算约束点的评价函数值后得到子目标点,机器人到达子目标点后,若陷入死区,则采取回溯路径策略,重新选择子目标点,否则根据该点所属的障碍物种类采取跨越或绕行避障策略,最后移动机器人在未知环境中顺利到达目标点。仿真研究说明本文提出的路径规划方法具有可行性和有效性。     

触觉式机器人焊缝跟踪方法

对机器人在焊缝自动跟踪方面进行了研究，介绍了机器人触觉的力传感器结构和使用方法。对力信号进行解耦及信号解算，有效地消除了机器人在工作过程中振动，抖动对力信号的污染，使机器人有能力自动识别，跟踪焊缝及焊枪位置修正，从而保证焊接质量。     

欠驱动异构式下肢康复机器人动力学分析及参数优化

针对现有外骨骼机器人人机自由度不匹配和关节对中性差的问题,提出欠驱动下肢康复机器人. 欠驱动机器人只有4个直线驱动,驱动的直线运动通过推杆和人机连接机构转化为人下肢在矢状面内的屈伸运动,带动人体进行步态康复训练. 建立机器人系统的人机耦合模型,进行模型的动力学分析,对人机耦合模型中影响动力学结果的参数进行分析,建立驱动力与肢体推动力之间的关系模型,并以推力系数最大为目标进行参数分析与优化,得到最佳的结构参数. 根据优化后的结构参数搭建康复机器人实验系统,对髋、膝关节驱动力与角度进行对比. 实验结果表明最大髋关节角度误差为2.9°,最大膝关节角度误差为6.4°,最大误差均约为9%,验证了动力学模型和参数优化结果的正确性.     

管道内壁四足爬壁机器人的运动学与步态规划

研究用于检测气体绝缘金属封闭开关（GIS）内部的负压吸附管道内壁四足爬壁机器人. 分别对机器人的腿部和机身进行运动学分析,采用改进的牛顿迭代法解决机身正运动学求解困难的问题. 对机器人沿管道轴向和圆周方向的爬壁运动进行步态规划,提出运动过程零冲击的轨迹规划方法. 使用Adams进行运动仿真,并在四足爬壁机器人样机上进行水平和垂直管道的全方位爬壁实验. 结果表明：机器人的运动轨迹与所规划的步态一致,运动过程中速度与加速度无突变,运动平稳,无明显冲击,运动学模型的正确性和所规划步态的合理性得到验证. 在GIS管道的实际检测应用中,实现机器人在不同工况下的平稳爬壁运动与检测.