滑动与打滑条件下的轮式移动机器人自抗扰跟踪控制

针对具有未知的滑动与打滑的轮式移动机器人(WMR),提出了一种基于自抗扰思想的跟踪控制策略.首先建立了滑动与打滑条件下的轮式移动机器人动力学模型.其次,由反步法设计运动学控制器,基于模型设计线性扩张观测器和动力学控制器,并给出了控制器稳定性分析.最后与积分滑模控制进行了仿真对比,结果表明该控制方法的误差收敛速度更快.观测器能够精确估计滑动与打滑及动力学不确定性对机器人的扰动,提高了轮式移动机器人轨迹跟踪的鲁棒性.

基于多传感器信息融合的双足机器人自主定位

针对单目视觉SLAM应用于双足机器人过程中易出现跟踪失败和传统位姿传感器累积误差较大的问题,提出了一种融合三种传感器信息的机器人定位方法。首先获取机器人关节编码器数据,运用运动学求解输出位置信息,再由基于特征识别的SLAM系统估计机器人头部单目相机位姿,经过尺度恢复和坐标系校正后输出位置信息,同时获取惯性测量单元的偏航测量,最后通过扩展卡尔曼滤波算法融合三种信息,从而更加精确稳定地对机器人进行定位。以双足机器人NAO为研究平台,在室内进行多组实验对所提出的方法进行验证,结果表明融合所得结果与传统位姿传感器输出信息相比,均方根误差明显降低;相比单目视觉SLAM跟踪失效率至少降低88%。

基于点线特征视觉惯性融合的机器人SLAM算法

针对弱纹理环境下单目视觉SLAM系统只依靠提取点特征鲁棒性较差的问题,提出一种点线特征视觉与惯导融合的机器人SLAM算法。首先,采用自适应加权提取点线特征并使用普吕克坐标法表示线段,减小计算量同时较好克服线特征提取时线段割裂的不足;其次,采用四叉树法实现点线特征提取均匀化解决特征堆积问题,同时消除点线特征误匹配,再利用视觉点线信息与IMU紧耦合优化机制提高机器人SLAM算法精确度。最后,将该算法在EuRoC数据集和弱纹理环境中进行实验,结果表明,改进后线特征提取相较于传统线特征提取鲁棒性提高了12.94%,相较于原生算法ORB-SLAM3,改进后特征匹配时间节约了19.2%,大型弱纹理环境中绝对定位精度提高了55.6%,所提算法在弱纹理环境中定位效果具有较强的鲁棒性和精确性。

促红细胞生成素在早产儿贫血和脑保护方面的研究进展

随着对促红细胞生成素(EPO)相关分子生物学研究的进展,早产儿贫血依赖输血的状况得以改观。EPO是组织氧合状态的一种主要因素,通过结合细胞表面特异性细胞受体而发挥作用,早产儿使用重组EPO可减少需要输血次数和输血总量。EPO的神经保护作用也得以证实。

基于改进Camshift算法的NAO机器人目标跟踪

针对Camshift算法应用于NAO机器人目标跟踪过程中,当目标受到相似颜色背景干扰或被物体遮挡时跟踪失败的问题,提出一种基于ORB特征检测和Kalman滤波多算法结合的目标跟踪方法。首先检测目标ORB特征点初始化搜索窗口,然后利用Kalman滤波作为目标运动状态的预测机制,以预测的位置初始化Camshift算法。利用Bhattacharyya距离判断跟踪窗口的收敛性,若受到背景干扰,则利用ORB算法对当前帧中的Kalman预测区域和目标模型进行特征点匹配,重新检测目标在视频帧中的位置。根据Kalman滤波预测目标被物体遮挡后可能的位置来更新预测器参数。实验结果表明,改进的算法能够在相似颜色背景干扰和目标遮挡的复杂环境下,连续稳定地跟踪运动目标。

基于OV7620智能车的路径识别及控制策略

智能车是可以自动识别道路并以最短时间行驶全程的一种无人驾驶汽车.路径识别跟踪技术和快速、稳定的控制策略是智能车发展的重要标志.给出以OV7620作为智能车的主传感器,以红外对管作为辅助传感器对赛道的信息进行采集.OV7620把赛道的亮暗程度转化成像素的灰度值,采用边沿跟踪检测图像处理算法.采用PID与bang-bang算法相结合的算法对智能车进行速度控制.实验表明智能车可以实现任意路径识别与智能快速行驶.

基于sEMG和肌骨建模的上肢动态特性研究

根据Anybody软件建立上肢肌骨模型进行动态屈伸肘动作肌肉力仿真,并结合人体上肢动态屈伸肘sEMG实验,对比分析上肢动态屈伸肘特性,研究表明sEMG与肌肉力呈正相关性。设计了基于sEMG的人手握姿动态屈伸肘实验,实验表明在进行动态屈肘运动过程中,平握时上肢肱二头肌、肱三头肌的均方根值幅值比侧握时大,最大差值比分别为60.4%、6.8%,平握更有助于锻炼肌肉的收缩性;另外侧握时上肢肱二头肌、肱三头肌的平均功率频率（MPF）的一阶拟合值斜率比平握时小,侧握的一阶拟合值斜率下降趋势明显,侧握姿势易疲劳。通过对上肢肌肉的收缩性和疲劳性综合分析得出平握姿势更有助于康复屈肘力量训练,可为上肢肌肉力量锻炼提供科学的训练姿势。

缺氧缺血性脑损伤新生大鼠胶质细胞源性神经营养因子表达及调控机制探讨

目的探讨新生大鼠缺氧缺血性脑损伤(HIBD)后胶质细胞源性神经营养因子(glial cell line-derived neurotrophic factor,GDNF)表达水平的动态变化及托吡酯干预对其表达的影响和机制。方法152只新生7日龄大鼠随机分为假手术组、单纯缺氧缺血组、托吡酯治疗组,后者根据损伤后托吡酯不同时间给药又分成预处理组,后处理组及延迟治疗组,通过建立HIBD动物模型,应用HE染色、免疫组织化学及Westernblotting等方法,观察HIBD后不同时期大脑皮质GDNF的动态表达变化及托吡酯不同时间给药对其表达的影响。结果①托吡酯预处理组和后处理组脑组织损伤较单纯缺氧缺血组明显减轻,预处理组作用又好于后处理组。②GDNF的表达于缺氧缺血后12h开始上升,2d进一步增加,3d达高峰,5d时回落;其中预处理组和后处理组GDNF的表达较单纯缺氧缺血组同一时间点上相比增加显著,差异有统计学意义(χ2分别为15.4,8.9,P均<0.05);而延迟处理组GDNF的表达与单纯缺氧缺血组相比差异无统计学意义(P>0.05)。结论①HIBD后GDNF表达变化存在一定的时序性规律,于损伤后第3天达最高水平。②托吡酯的治疗时间窗较短,为缺氧缺血后2h之内,且预防性用药(损伤前给药)对神经元的保护作用强于紧急用药(损伤后给药)。③托吡酯脑保护作用机制之一通过增加胶质细胞分泌GDNF实现。

一种新型稳定平台伺服控制系统

深入研究了三自由度并串联混合机构稳定平台,设计了一个非线性自适应控制器。考虑到实际系统工作中存在摩擦、负载扰动和动力学参数误差,分离出动力学模型中的未建模动力学参数、摩擦力参数和负载扰动,建立了关于待辨识参数的线性动力学模型。运用Lyapunov方法设计了一个非线性自适应控制器。构建了并串联光电稳定平台伺服系统实验平台。分别将所设计的控制器与计算力矩控制器分别在高速和低速扰动情况进行了实验,实验表明所提出非线性自适应控制器在低速0.006(°)/s时,跟踪精度分别为滚转轴0.071°、俯仰轴0.064°、偏转轴0.038°,在20(°)/s高速状态下,跟踪精度分别为滚转轴0.045°、俯仰轴0.042°、偏转轴0.029°,其控制效果明显好于传统控制。

基于积分肌电值结合双阈值的s-EMG活动段的检测

为了寻找一个表征肌肉疲劳程度效果较好的参数,分别从时域分析、频域分析中提取相关特征参数进行对比分析.采用基于积分肌电窗口移动平均值结合双门限阈值的方法来区分肌肉动态收缩区和静态收缩区.利用肌肉动态收缩区相关特征值的灵敏度波动比(SVR指数)来表征肌肉疲劳的灵敏度,程序设计采用MATLAB编程.通过仿真实验对时域、频域特征参数随疲劳程度的变化趋势、灵敏性进行分析,发现时域中均方根特征参数对疲劳程度表征效果相对较好;频域中中值频率特征参数对疲劳程度表征效果相对较好.该方法应用在检测肌肉疲劳上具有区分动态、静态收缩区的特点,相比单门限阈值法具有将表面肌电信号的细微特征信息放大、便于识别等优点.

基于ICP匹配和贝叶斯逆传感器模型的地图构建

针对传统算法中存在栅格地图的熵值较高和误差较大的问题,提出了一种基于逆传感器栅格地图的改进算法。该算法利用网格单元被占用时,被该网格单元遮挡的其他网格单元的占用概率与前向传感器模型无关的原理,可获得激光雷达传感器所覆盖区域内所有占用网格的后验概率。在贝叶斯框架下,将先验的占用概率和激光雷达测量信息相结合,以此降低栅格地图的熵值;同时,通过ICP激光雷达数据匹配算法来获得匹配结果,以此来代替在栅格地图构建的过程中误差较大的里程计度数,从而提高栅格地图的精度。经仿真实验表明,所提出的改进算法相对于传统对数框架的栅格地图算法而言,地图的熵值更低且熵值的平均峰值收敛速度提高了39.70%。

改进自适应混合高斯模型和帧间差分的运动目标检测

针对传统混合高斯模型进行运动目标检测易受环境噪声或光照变化干扰,检测结果存在空洞、边缘缺失等问题,提出一种改进自适应混合高斯模型和帧间差分的运动目标检测算法。在混合高斯模型建立之初,采用较大的学习率快速消除背景干扰信息,当模型趋于稳定后,根据目标运动状态不断调整学习率,实现自适应修正背景模型。同时引入光照变化因子调整模型更新率,有效克服光照变化的影响。为提高目标边缘连续性,采用基于图像相似度的四帧差分法并结合边缘检测算法快速提取目标轮廓信息填补目标边缘。通过形态学处理消除目标空洞及残余噪点,获得完整的运动目标。结果表明:该方法目标检测准确率达到95.2%,在保证实时性的同时对复杂场景具有较好的适应能力,鲁棒性强。

基于单目稀疏法多传感器融合移动机器人定位

针对移动机器人室内定位过程中,单目视觉难适应光照变化、里程计累计误差导致定位误差较大问题,提出边缘侧多传感器融合的定位方法。以稀疏直接法(半直接法)作为单目视觉的前端,实时单目相机估计位姿,通过惯性传感器恢复尺度输出位置信息,并且获取IMU的加速度以及偏航角、里程计当前速度,通过扩展卡尔曼滤波算法融合3种传感器信息,实现更加精确的定位。在移动机器人侧处理传感器读取的信息,从而减小机器人体积。边缘侧混合式多传感器信息融合使移动机器人在单个传感器失效以及无法人为干预时,也能够精确实时地在多种复杂环境中完成自主定位。

基于改进能观性的扩展卡尔曼滤波机器人定位

为解决EKF-SLAM算法的状态估计不一致问题,提出一种改进能观性的EKF算法。利用每一个状态变量的第一个可用估计值计算滤波器的雅可比矩阵,从而保证误差状态系统模型的可观测子空间与实际的非线性SLAM系统的可观测子空间具有相同维数。在测量噪声协方差未知的情况下,对EKF-SLAM算法运用初始化的指数移动平均法估计测量噪声协方差。结果表明:改进的EKF-SLAM算法比传统EKF-SLAM算法的定位更精确,均方误差至少降低30%。

基于视觉激光惯性相结合的机器人SLAM算法

针对弱纹理环境下SLAM系统只依靠单一传感器鲁棒性较差的问题,提出一种视觉、单线激光雷达与惯性相结合的机器人SLAM算法。在视觉与雷达预处理阶段,视觉提取点线特征,同时雷达帧间匹配过程采用激光点到其最近两个点连线的距离构建误差方程,实现更高精度匹配效果。采用惯性传感器与轮速里程计进行雷达运动畸变校正,同时雷达估计信息为单目点线特征三角化提供良好深度值,再利用点线视觉信息、雷达点云信息与惯性测量单元紧耦合优化机制提高机器人SLAM的精确度。最后,将该方法在仿真环境和真实弱纹理环境进行实验。结果表明:该方法定位准确率达到98.6%,在弱纹理环境中定位效果具有较强的鲁棒性和准确性,满足实际需求。

并串联稳定平台动力学建模与自适应控制

研制一种新型的并串联3-DOF稳定平台。该稳定平台有3个方向的转动自由度,其中二自由度球面并联机构和串联在其上的旋转工作台构成。根据拉格朗日法详细推导出3-DOF稳定平台的动力学模型。由于外界的干扰和摩擦无法建立精确的数学模型,根据模型设计控制器的系统跟踪精度会受到很大影响。提出采用逆动力学自适应控制器应用到3-DOF稳定平台系统中。实验结果表明:对于3-DOF稳定平台,采用此控制策略在跟踪过程中能够克服外界扰动。

一种新型并串联稳定平台运动学分析与实验研究

现有的稳定平台基本上都是串联结构,由于其结构特点是本体过重和驱动力小,使得其在大负载场合的应用存在难于控制的问题.针对这一问题,研制了一种新型的并串联3自由度稳定平台,该稳定平台由2自由度球面并联机构和串联在其上的旋转工作台构成.以刚体空间运动学为基础,借助欧拉角法与向量法建立了3自由稳定平台机构的运动学模型,根据模型详细分析并推导稳定平台输入与输出的特点和范围;设计了3自由度稳定平台实验装置,将实验结果与理论计算进行对比.结果表明,所建立的并串联3自由度稳定平台运动学模型准确有效.

移动机器人RBF神经网络自适应PD跟踪控制

针对轮子打滑条件下的轮式移动机器人,提出了一种基于径向基函数(Radical BasisFunction,RBF)神经网络自适应的比例微分(ProportionalDifferential,PD)跟踪控制策略。首先,建立了轮式移动机器人在打滑条件下的动力学模型。其次,利用反步法设计运动学控制器,基于动力学模型设计PD控制器,采用带有参数自适应的RBF神经网络对打滑下的动力学模型中的参数和非参数不确定性进行了前馈补偿,并利用Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统稳定性。最后,对本文提出的控制方法进行了仿真对比实验。实验结果表明,该控制方法能够较好补偿机器人轮子打滑下的不确定性影响,提高了轮式移动机器人轨迹跟踪的鲁棒性。

通心络对自发性高血压大鼠心肌纤维化的作用

目的探讨通心络对自发性高血压大鼠心肌纤维化的作用。方法随机将16只8周龄自发性高血压大鼠(SHR)分为通心络治疗组(TXL)和空白对照组(SHR)各8只,另取8只8周龄雄性Wistar Kyoto大鼠(WKY)作为正常对照组。20周龄时超声二尖瓣口舒张早期与舒张晚期前向血流峰值速度比值(E/A)、左室瓣环处侧壁内膜下心肌舒张早期峰值速度与舒张晚期峰值速度的比值(Ea/Aa)、二尖瓣E峰减速时间(DTe)、左室等容舒张时间(IVRT),室间隔的平均声学强度(AII1)、峰-峰强度(PPI1)及其心包校正的声学强度(CAI1),左室后壁的平均声学强度(AII2)、峰-峰强度(PPI2)及其心包校正的声学强度(CAI2)。结果①TXL组大鼠E/A、Ea/Aa较SHR增大(P<0.05),较WKY减小(P<0.05);TXL组大鼠DTeI、VRT较SHR缩短(P<0.05),较WKY延长(P<0.05);②TXL组大鼠AII1、AII2、CAI1、CAI2较SHR大鼠减小(P<0.05),较WKY增大(P<0.05);TXL组大鼠PPI1、PPI2较SHR减小(P<0.05),较WKY增大(P<0.05)。结论通心络可抑制压力负荷导致的心肌纤维化,改善心脏舒张功能。

斩波串级调速系统逆变器改造的仿真研究

三相电压源型SPWM整流器有较好的AC/DC双侧功率变送功能,用其取代斩波串级调速系统的晶闸管逆变装置可以产生容性无功补偿系统无功,从而提高系统功率因数并改善入网谐波电流。通过分析三相电压源型SPWM整流器在容性无功状态的运行特点,应用该变流器基本控制理论,给出了将其应用于斩波串级调速系统逆变器改造方案的设计方法和设计原则,并在Matlab仿真中加以验证。