基于零力矩点滑模预测控制的电动前移式叉车稳定性研究

考虑了在电动前移式叉车装载货物转向行驶的情况下,其门架受载变形和货物升降共同引起叉车合成质心位置的变化,进而结合叉车合成质心变化模型和叉车三自由度模型建立了叉车动力学模型。针对叉车合成质心位置变化导致其转向稳定性不足的问题,根据零力矩点(Zero Moment Point,ZMP)理论分析了叉车行驶的稳定条件并得到了侧倾指标来判断车辆的稳定性。通过理想跟踪模型得到理想的叉车横摆角速度、质心侧偏角、车身侧倾角和侧倾角速度,以理想值与由叉车动力学模型仿真得到的实际值的差值为输入,设计了一种基于零力矩点的滑模预测控制(Sliding Mode Predictive Control,SMPC)算法,以调节叉车后轮转角的大小。仿真研究表明,在阶跃工况和双移线工况下,当货物升降速度不同时,与滑模控制(Sliding Mode Control,SMC)和无控制相比,基于ZMP滑模预测控制实现了对理想叉车横摆角速度和质心侧偏角的实时快速跟踪,提高了叉车的稳定性。

移动机器人激光SLAM导航定位方法研究

为了提高激光SLAM导航定位的实时性和稳定性,采用自适应阈值法、迭代适应点以及最小二乘法结合直线度的方法提取局部地图中的特征线段和全局地图中的线段,通过特征线段匹配进行初始定位。利用惯性导航位姿推算结合地图匹配的方法进行动态定位,获得机器人的实时位姿。同时,采用动态重定位的方法进行重定位,提高了移动机器人对工作环境的适应能力和可靠性。实验表明,基于地图匹配的导航定位算法的定位精度在±40mm以内,定位的时间不大于0.03s,可以较好地满足机器人的实际导航需求。

基于隐马尔可夫模型的驾驶行为预测方法研究

根据驾驶行为受驾驶意图驱使,在时空上应先产生驾驶意图后有驾驶动作执行,再有具体的驾驶行为的时空顺序,利用意图到行为实现过程中的时间差,研究建立了基于多驾驶操作动作特征观测信息和隐马尔可夫模型的驾驶行为预测方法,实现了跑偏驾驶、一般转向和紧急转向3种驾驶行为的预测。从机动车安全预警的角度进行分析,预测出驾驶员的驾驶行为等同于获得驾驶员对车辆未来运行状态的需求,有助于及时纠正或干预驾驶员正在或即将实施的危险行为。

基于视觉及TLC概念的车辆跑偏检测方法研究

利用车载CCD摄像机获取道路图像,采用Sobel边缘检测技术获得含有道路边缘信息的图像,运用Hough直线检测原理检测出左右车道线。根据摄像机在车辆上的安装位置和俯仰角,建立图像坐标到世界坐标的变换关系,提取前轮外沿离最近车道线的距离;再应用国际通用的方法,根据车速估算出从当前时刻到前轮外沿触碰车道线的时间(TLC)并据此发出跑偏告警。以换道模拟跑偏驾驶的试验表明此方法可行、有效。

基于惯性和视觉复合导航的自动导引小车研究与设计

自动导引小车(AGV)作为智能制造的重要物料搬运设备,其导航精度及路径柔性配置性能制约了其在智能制造领域的应用范围。针对这一问题,提出了基于惯性和视觉的AGV复合导航方法,利用两种导航技术的互补优势,实现高精度导航定位,提高了AGV对工作环境的适应能力和可靠性。在此基础上,利用二维码标签构建了AGV工作栅格地图,实现了AGV行驶路径的柔性配置。测试表明复合导航方法具有纵向5mm、侧向10mm、方向偏差1°的导航定位精度。

基于信息融合的驾驶行为识别技术的研究

通过分析选定驾驶行为的组成主因子,并采用层次分析法确定其权重系数;基于所采集的各主因子的传感器信号,采用BP神经网络和D-S证据理论相结合的多传感器信息融合方法进行驾驶行为识别。仿真结果表明:提出的基于多信息融合的驾驶行为识别方法能准确地识别出常见的驾驶行为。

基于驾驶行为的汽车主动安全技术研究

研究了基于驾驶员行为判断的汽车主动安全控制技术。利用车辆现有各种传感器信号,使用ARM处理器采集驾驶过程中的各种操作信号,并通过CCD获取车辆行驶环境状况,综合进行驾驶员的危险驾驶行为预测,进而进行主动危险行为告警。考虑到一种驾驶行为由多种操作组成,采用了决定正常驾驶行为的八种信号进行权重运算,建立了驾驶行为预测权重矩阵。仿真实验结果表明该方法切实可行,可以准确地判断和识别出典型的驾驶行为,为未来汽车主动安全技术的研究提供了一种有效的方法。

基于个体特性的驾驶行为操纵模式建模方法

为研究能体现驾驶人个体特性的驾驶行为操纵模式建模方法,通过汽车驾驶模拟器采集驾驶人的驾驶行为操纵数据,利用卡尔曼滤波器对原始数据进行预处理,采用数据/机理相混合的方法对驾驶人的驾驶行为操纵数据进行分析,研究提出基于有向图的个性化驾驶人驾驶行为操纵模式建模方法。以山区高速公路超车行为为例进行建模方法试验,测试结果表明该方法构建的驾驶行为操纵模式能有效地体现出驾驶人驾驶的个体特性,为研究开发个性化和智能化的驾驶安全辅助系统涉及的驾驶行为操纵模式建模问题提供了技术支撑。

轮式移动机器人路径跟踪控制方法研究

针对轮式移动机器人的路径跟踪问题,提出了一种基于动态预瞄的移动机器人路径跟踪控制方法。根据差速轮式移动机器人运动学模型和实时位置信息,建立路径跟踪偏差模型,并采用构建虚拟运动路径的方式设计移动机器人路径跟踪控制方法,结合路径跟踪偏差模型,实时调整移动机器人的运动状态,不断缩小运动过程中的偏差,最终实现路径跟踪。实验结果表明,所设计的移动机器人路径跟踪控制方法能够实现高精度的路径跟踪控制,同时具有良好的可靠性,平稳性。

机动车驾驶员驾驶行为操纵动作模式的研究

采用主成分分析法研究了驾驶员的操纵动作模式主要成分结构,采用Matlab编写了主成分分析算法对问卷调查获得的数据进行了分析,并着重选取问卷中超车、转向和并线3种驾驶行为的数据,分析得到这3种驾驶行为对应的驾驶操纵动作模式的主成分载荷矩阵和贡献率。结果表明:通过研究驾驶行为及其对应的驾驶操纵动作模式,可以发现对特定驾驶行为影响较大的驾驶操纵动作,进而根据两者之间的关系反向实现个性化驾驶行为的识别,为后续设计先进的辅助驾驶系统提供技术依据。

压电型宏/微双驱动精密定位机构的建模与控制

提出了基于PZT的串联型宏/微双驱动精密定位系统,宏动台由步进电动机直接驱动,微动台由压电陶瓷驱动器驱动。将微动台安装在宏动台上,宏动台以地面为定位参考物,微动台以宏动台为定位参考物;宏动台实现大行程微米级定位,微动台实现纳米级的定位精度。采用基于机器视觉的视觉伺服来协调控制系统宏动和微动各自的控制部分,将距离信号作为控制阈值,实现整个定位结构的全闭环反馈控制。测试表明:系统的动态以及稳定性良好,工作行程为80mm,定位稳定时间小于40ms,重复定位精度为100nm。

基于压电驱动的细胞微量注射装置的研究

提出了由压电驱动带动的注射微动平台和电机带动的细胞微载台来构成细胞药物微量注射的机械结构与控制系统。而且也提出了利用压电陶瓷的微位移特性构造了和目前的微量注射针完全不同的微量注射针结构与控制系统,这个压电微量注射针的驱动和注射动作全部由压电驱动器来完成;利用压电陶瓷的微位移和施加在压电陶瓷上的电压在微小位移情况下的线性关系实现了细胞注射系统的精确微定量注射。

基于运动估计和图像匹配的视觉控制算法

针对微操作的作业空间小、路径可估计、位移及定位精度要求高等特点,提出了一种基于运动估计和图像匹配的视觉伺服控制算法,该算法将运动估计引入到视觉伺服中,利用运动估计出末端执行器下一次可能出现的位置,进行小区域的匹配搜索,而不进行整个视频区域的匹配搜索,大大减少了图像匹配时间,提高了实时性和实用性,并增强了鲁棒性。将该算法应用于解决细胞注射微操作过程中的位移以及精密定位等问题,研究了此算法的可行性以及理想运动轨迹的计算和实际运行的轨迹,给出了实现视觉伺服控制算法的数学推导模型及公式。实验结果表明:此算法实现了实时跟踪和识别定位,且鲁棒性好,可应用于大多数的微操作中的移动定位。

AGV复合自主路径规划方法研究

针对AGV在动态环境下实时自主路径规划效率低的问题,提出了一种A*算法与D*算法复合自主路径规划的方法。首先通过A*算法生成AGV当前位置到目标位置的全局最优路径;其次,当AGV在全局路径行驶遇到障碍物时,根据障碍物和全局路径的相对位置关系,确定AGV绕开障碍物的局部搜索范围;最后,结合局部路径搜索范围和D*算法,将生成的局部避障路径拼接至已有全局路径,完成了路径拼接,以实现动态障碍场景下AGV到达目标位置时的全局路径更新。试验测试结果表明:所设计的复合路径规划方法能在AGV遇到障碍时实时规划避让路径,实现AGV在复杂动态环境下的自主行驶能力。

基于视觉的运动物体特征点参数测量方法研究

主要研究利用机器视觉的非接触式测量方法实现对运动物体特征点的轨迹、速度和加速度三个运动参数的测定。通过在运动物体上设定一个特征点,采用基于运动估计的模板匹配技术实时跟踪特征点在各个时间点的位置。通过对动态图像序列的分析和处理从而在线得到运动物体特征点的三个运动参数。为了实现实时在线测量,采用了基于运动估计的图像匹配算法加速了图像匹配算法的计算速度,实现实时在线测量。此算法计算一次位置点需要的时间为20ms,图像标定的精度为1μs,达到了实时在线测量的要求。测试结果表明:研究的基于运动估计的运动物体特征点测量算法运算速度快、可靠以及测试简单等特点。

个性化驾驶人驾驶行为操纵模式建模方法

根据个体驾驶人完成一个具体驾驶行为的驾驶操纵动作具有一定内聚性、时序性和个性化的机理,构建了基于有向图的驾驶人驾驶行为操纵模式的建模方法。根据获取的个体驾驶人在不同驾驶行为下的驾驶操作动作数据,并利用MATLAB仿真软件设计驾驶人驾驶行为操纵模式建模与仿真系统,对启动和超车2种典型驾驶行为下的驾驶操作动作数据进行测试。测试结果表明:基于有向图的建模方法可以实现驾驶人个性化驾驶行为的有序驾驶操纵动作建模。研究为驾驶安全辅助系统驾驶人驾驶行为的驾驶操纵底层上预防和干预危险驾驶行为提供支撑。

基于机器视觉的宏/微双驱动与控制系统的研究

针对目前单一的驱动方式日益不能满足越来越多的微操作的要求,提出了利用步进电动机和压电驱动器组成宏/微双驱动的微操作平台。步进电动机实现大行程移动和定位,压电驱动器进行高精度定位误差补偿。同时为了解决宏/微双驱动两部分的协调控制问题,提出了利用全局机器视觉的协调控制方法,将末端执行器与目标点的距离作为控制阈值;如果当前距离大于设定的控制阈值,则起动宏动台进行驱动定位;否则起动压电驱动器进行定位误差补偿。试验结果表明:系统的定位速度快,定位精度为1μm,稳定定位时间小于40 m s。

基于机器视觉技术的复合精密驱动与控制系统

提出了一种基于机器视觉技术的精密机械加工与控制系统。利用步进电机丝杠机构在大行程上的优势和压电驱动器具有微小精密位移的特点,构造了三自由度精密机械加工系统,解决了精密加工时既要求有较大行程的粗位移进给,又要求加工末端精密进给的需求;控制系统采用机器视觉和计算机数字图像处理技术相结合,通过CCD图像数据采集、图像匹配和模式识别实时测控目标距离与位移,完成精密定位与进给的可视化控制和操作过程。该系统可应用于现代精密加工和制造中。

基于压电驱动技术的细胞微量注射装置

提出了用压电陶瓷在通电下产生的微小变形的原理来设计压电驱动器,利用微位移压电驱动器来完成细胞微量注射微动平台的定位和注射,并且将微动平台和由电机带动的细胞微载台来构成细胞药物微量注射的机械结构与控制系统。压电式细胞微量注射装置的定位和注射动作全部由压电驱动器来完成,和目前国内外的细胞微量注射装置相比主要特点是定位精度和注射精度都比较高。

基于卓越工程师培养目标的《机械设计基础》教学方法研究

根据工程类卓越工程师教育培养计划的要求,结合目前的教学现状,探究探索机械设计基础课程的教学改革的必要性及方法 ,通过优化教学内容、面向卓越工程师培养目标为导向的课堂教学方法、实验教学与课堂教学有机衔接方法以、课程考核方式及项目化机械设计题库设计五个方面的研究探索,提出了面向卓越工程师培养模式的机械设计基础教学方法,并取得良好的教学效果。