三维桥式吊车建模与仿真平台设计

利用拉格朗日方程对三维(3D)桥式吊车系统进行了动力学建模。在该模型中,不仅考虑了台车在两个水平方向上运动对负载摆动的作用,同时分析了吊绳长度变化对系统状态的影响,此外还考虑了环境中动、静摩擦力,空气阻力等对台车运动以及负载摆动的作用。根据建立的动力学模型,搭建了三维桥式吊车仿真平台。该平台将有助于对桥式吊车这类非线性欠驱动系统动态特性的研究,以及各种控制策略的检验与评测。最后通过实验结果验证了所建立的动力学模型以及仿真平台的正确性。

欠驱动桥式吊车系统自适应控制

针对桥式吊车这类非线性欠驱动系统,提出了一种基于耗散理论的自适应控制器.它能够有效地抑制运输过程中负载的摆动,并将其快速准确地运送到指定的位置.相比其他吊车控制系统,这种控制器无需准确测量台车和负载质量以及吊绳长度,可以根据系统响应情况来对这些参数进行在线估计,这将极大地方便控制器在实际吊车系统中的推广应用.对于闭环系统的稳定性,文中通过李雅普诺夫理论及拉塞尔不变性原理进行了证明,仿真结果也证实了这种自适应控制器能够对吊车系统进行良好的控制.

三维桥式吊车自动控制实验系统

为分析桥式吊车系统的特性,验证各种吊车控制方法的稳定性并考察其实际控制效果,根据桥式吊车的工作原理与组成结构,设计并搭建了一个三维桥式吊车实验系统。该系统主要由机械主体、驱动装置、测量装置和控制系统四部分组成,能够较为真实地反映实际吊车系统的动态特性和运行过程。其中的控制器部分基于Matlab/Simulink平台,可以方便地进行各种控制策略的实验测试。将两种常见的吊车控制策略应用于该实验系统,获得的实验曲线与理论分析的结果完全一致,有效地验证了该实验系统的准确性。该实验系统能较为真实地反映三维桥式吊车非线性、强耦合、欠驱动等特性,可以准确描述桥式吊车系统的实际运行情况,因此它为桥式吊车系统性能分析、吊车控制策略的实现与调整提供了非常可靠的测试环境。

具有冗余自由度的移动操作臂逆运动学分析

针对一类具有冗余自由度的移动操作臂,提出了一种逆运动学求解策略,它将操作臂末端的自由度在移动机器人与操作臂各关节间进行了合理分配,并根据该自由度分配方案对移动操作臂系统引入了两个约束条件,在尽量保障了操作臂末端工作空间完整性的同时,极大地方便了逆运动学的求解。最后对加入约束前后的移动操作臂工作空间大小进行了对比分析,并通过实验对所得到的逆运动学求解结果进行了验证。在实验中,利用固定在移动机器人上的CCD摄像机对目标物体进行定位,然后根据目标物体的位姿信息,通过逆运动学分析的结果控制移动操作臂实现了对目标物体的抓取操作。

未知环境下移动机器人自主搜索技术研究

将全区域搜索技术与基于动态模板匹配的目标识别方法相结合,提出了一种适用于未知环境的目标物体自主搜索方法,实现了移动机器人在陌生环境下的目标搜索任务.具体而言,移动机器人利用声纳和全景摄像头作为传感器来感知周围环境,并利用模糊逻辑方法来进行局部路径规划,在此基础上通过全区域搜索技术实现对空间的遍历,并采用动态模板匹配方法来实现目标物体的识别及其方位的确定.本文所提出的目标物体自主搜索方法可以从任意位置开始进行,算法对于陌生环境具有良好的适应性.论文最后通过实验结果证实了算法的良好性能.

基于单应矩阵的摄像机标定方法及应用

提出了一种基于单应矩阵的摄像机标定方法,并应用标定结果成功完成了移动机器人的视觉伺服任务。该方法首先根据图像平面和标定板平面之间特征点的对应关系,对单应矩阵进行了估计,进而利用旋转矩阵的单位正交性得到了其对摄像机内参数的约束条件。然后把摄像机内参数矩阵分解为有效焦距与主点位置两部分,并利用最小二乘法分别对其进行求解。针对镜头的径向畸变,恰当地选取了一种畸变模型,并由此得到了一种新的目标函数来对摄像机的所有参数进行非线性优化,从而使获得的畸变系数更适合于从二维图像信号中提取三维位姿信息。最后将标定结果成功应用于移动机器人视觉伺服系统之中,实验结果验证了该标定算法具有简单易用、精度较高等优良性能。