多关节超冗余机器人自适应运动规划方法研究

针对传统多关节超冗余机器人运动学求解复杂、位形偏移大等问题,提出了一种机器人作业全过程自适应运动规划方法。首先,针对进出狭小工作空间任务需求,提出一种改进的轨迹跟踪算法;通过离散目标轨迹和分段拟合的方式减小运算量,实现自适应轨迹跟踪控制。然后,针对机器人基座固定工况,提出一种双向迭代曳物线轨迹规划算法;通过末端牵引方式设定目标轨迹,利用曳物线渐进收敛的几何特性,逐步降低靠近基座关节的运动范围,提高稳定性降低能耗;采用双向迭代曳物线方式加速收敛,实现基座固定状态下的自适应轨迹规划控制。最后,构建包含12关节和(24+1)自由度的仿真模型,验证了机器人作业全过程自适应运动规划方法的有效性。

一种基于航向估计的多平台纯方位目标转向机动检测算法

针对纯方位目标转向机动检测问题,提出一种基于航向估计的多平台纯方位目标机动检测算法。该算法通过选定假设机动点序列,解算假设机动点前后的两段目标运动要素,根据解算出的相邻段航向差序列变化来判别目标是否发生机动。基于Taylor级数要素解算模型,建立了两段运动要素联合解算模型和两段运动要素独立解算模型。通过对多种航路进行仿真计算,统计分析这两种解算模型下机动检测算法的虚警率、目标机动检测率、机动检测延迟时间以及机动时刻估计精度。仿真结果表明,两种解算模型下的机动检测算法能够有效地对转向机动目标进行机动检测。

基于梯度函数的多自由度机械臂关节角度自动控制

在多自由度机械臂运动过程中,易受到多连杆之间耦合作用的影响,导致多自由度机械臂关节角度控制效果和运动轨迹跟踪效果较差。为此,提出了基于梯度函数的多自由度机械臂关节角度自动控制方法。通过分析连杆运动和关节运动,建立多自由度机械臂动力学模型,获取影响多自由度机械臂关节角度的重要因素。在此基础上,基于梯度函数,结合神经网络算法,获取连杆和关节的控制策略,构建关节角度控制模型,实现多自由度机械臂关节角度自动控制。实验结果表明,所提方法能够有效实现多自由度机械臂关节角度自动控制,且具有较好的关节角度控制效果和运动轨迹跟踪效果。

带式输送机时变负载驱动特性的研究

随着带式输送机向长距离、高速度等方向发展,对其动态特性的研究极其重要。在输送机复杂驱动特性的研究领域中,将负载转矩理想地简化为恒定值,却忽略了电机转速和转矩是随负载力矩的改变而实时变化。针对此问题,首先在RecurDyn中基于Voigt输送带模型建立重锤式带式输送机动力学模型;然后利用Simulink搭建异步电机矢量控制模型;最后利用多领域协同仿真思想,用电机驱动带式输送机,将输送机的负载转矩反馈给电机形成闭环控制使其启动至稳定运行,对其电流与动态特性进行分析。研究结果表明:该模型输出的电机磁链和转速达到设定的期望值,相对误差分别为0.01%和1.29%,从而精准地控制带式输送机的启动,证明其运行规律符合实际运行工况,为带式输送机的机电一体化系统设计提供一种行之有效的研究方法与依据。

基于多特征融合的背景建模方法

为了构建鲁棒的背景模型和提高前景目标检测的准确性,综合考虑视频图像在同一位置上像素点的时间相关性和邻域像素的空间相关性,本文提出一种基于多特征融合的背景建模方法,用单帧图像中像素的邻域相关性快速建立初始背景模型,利用视频图像序列像素值、频数、更新时间和自适应敏感度更新背景模型,有效改善了ghost现象,减少运动目标的孔洞和假前景。通过多组数据测试,表明本算法提高了对动态背景、复杂背景的适应性和鲁棒性。

多连杆柔性关节机器人的神经网络自适应反演控制

针对模型不精确的多连杆柔性关节机器人的关节运动控制问题,提出一种新的神经网络自适应反演控制算法.该控制算法借鉴单连杆柔性关节机器人的一种神经网络自适应反演算法,在反演过程中,将系统非线性未知项与已知项分开并利用径向基神经网络在线逼近非线性未知项;对这种单连杆柔性关节机器人的神经网络自适应反演算法进行改进,构造出新的非线性项,并对转子惯性矩阵的估计转化为对转子惯量矩阵对角元素的估计;根据李雅普诺夫函数的稳定性设计出适用于多连杆柔性关节机器人的控制律与参数自适应律,从而实现多连杆柔性关节机器人的关节轨迹跟踪控制.仿真试验结果表明,与一般的比例-微分控制算法相比,该算法具有更好的轨迹跟踪性能.此外,神经网络节点数取值较小时,该算法也能够保证一定的轨迹跟踪精度.

FNS肢体多关节运动轨迹跟踪的实验研究

本文着重对功能神经电刺激 (FNS)肢体多关节运动刺激脉冲的控制算法进行了比较实验研究。首先介绍了FNS系统的基本组成及原理 ,然后借助多功能FNS肢体运动控制平台 ,分别采用常规控制算法和自适应控制算法 ,以人体肘关节和腕关节的屈曲运动为控制目标 ,将体表电极分别置于肱二头肌和掌长肌运动点上 ,通过FNS运动状态测量装置 ,获取肘关节和腕关节运动角位移随时间的变化曲线。实验结果表明 ,与常规控制算法比较 ,基于人体生理特点的自适应控制算法使屈肘和屈腕运动获得了最佳的轨迹跟踪性能 ,并且刺激波形变化稳定、平滑 。

单马达驱动蛇形机器人的设计研究

针对现有工业机器人负载自重比较低的问题,吸收当前几种单马达驱动机器人的优点,采用相邻关节轴线正交的结构,设计了一种机器人运动模块。该运动模块由两个相邻轴线正交的关节组成,每个关节的运动均由关节离合器组控制。为了研究结构的可行性,建立了蛇形机器人的仿真模型,以蛇形机器人末端直线运动轨迹为例,研究了理想情况下该机器人的运动学问题。最后,展示了所研制的XN-600-1六自由度蛇形机器人样机。

多关节人体上肢运动的优化轨迹预测

研究了手端无约束条件下,多关节人体上肢点到点运动优化轨迹的预测.首先建立了多关节上肢平面运动的动力学模型,根据最小功准则提出优化目标函数,将上肢点到点运动的优化轨迹求解问题转化为两点边值问题,设计了寻优的迭代算法,求得了上肢运动的优化轨迹与相应的速度变化曲线.仿真结果表明:平衡点位置或关节力矩平滑地变化,避免了肢体出现急加速-急减速的运动形式,减少了肢体运动时的能量消耗;手端的运动轨迹为近似直线,速度为单峰的钟形曲线,这与上肢优化运动的特征相吻合,也表明最小功准则可以有效预测多关节上肢运动的优化轨迹.

基于红外传感皮肤的多关节机器人自主运动方法研究

本文研究了障碍环境下多关节机器人自主实时避碰运动理论、技术与方法．研制的新型红外传感皮肤,可以为多关节机器人提供所需要的周围环境信息．针对非结构化环境下的多关节机器人实时避障问题,提出了一种未知环境下的机器人模糊路径实时规划新方法．实验结果表明:基于研制的红外传感皮肤和模糊运动规划算法,多关节机器人可以在未知或时变环境下自主工作．

基于多通道联合自聚焦技术的机载三维SAR运动补偿

机载3维SAR通过天线阵实现3维的分辨,这也导致在分析3维SAR系统的运动误差时,不但要考虑载机的平动误差带来的天线阵整体平移,更要考虑载机转动误差带来的阵元间相对位置变化,因此针对3维SAR的运动误差的分析与传统单通道SAR相比难度更大。该文从平动误差和转动误差导致的斜距变化出发,利用天线阵的线性几何构型,提出基于多通道联合自聚焦技术的运动补偿算法。该算法可同时得到平动和转动误差,从而使载机运动误差得到精确补偿。最后通过仿真实验验证了算法的有效性。

利用多源信息和极限学习机的人体运动意图识别

快速准确的步态识别是实现智能假肢灵活控制的基础与前提,步态(平地行走、上下楼梯和上下坡)的有效识别是关键。为了克服由单一信息源无法辨识复杂多步态的难题,搭建人体步态多源运动信息系统获取髋关节角度信号、加速度信号和足底压力信号,利用足底压力信号将人体步态划分为4个片段,并根据人体步态的特点确定了4个片段下髋关节角度、髋关节加速度信号的特征值,采用核主成分分析(KPCA)对原始特征的组合进行融合,得到信息互补的特征值,最后利用极限学习机(ELM)进行识别,实验结果表明该方法对平地行走、上楼、下楼、上坡、下坡5种步态的平均识别率达到96.78%,平均识别时间0.52 s,明显高于BP、支持向量机(SVM)等方法。

MLFMA在运动目标多普勒回波数值仿真中的应用

提出了一种应用准静态技术,结合快速多级子算法计算任意形状的运动目标多普勒信号的方法,对目标的几种典型的微动多普勒信号进行了仿真,并应用高分辨时频分析算法对仿真得到的微多普勒信号进行了分析,提取出了微多普勒瞬时频率,并与相应微动规律的点目标微多普勒瞬时频率进行对比。结果表明,二者具有相同的变化规律,从而证明本文提出的方法是有效的。

一种家庭用新型多姿态多运动形式手臂关节训练器械的设计

针对中国老龄化速度进一步加快,老年人由于缺乏有效的锻炼,肩、肘、腕关节经常会出现酸、疼、痛等现象,研制了一种家庭用新型多姿态多运动形式手臂关节训练器械。通过理论设计计算,并基于NX对无急回四杆机构进行了正向运动学分析比较,确定了3组杆长参数(分别对应2种姿态、3种不同运动形式、9种不同运动参数)作为设计方案;根据设计方案对手臂关节训练器械进行了力平衡、载荷变化分析;根据理论设计计算及NX虚拟样机动态仿真分析数据,试制并测试了训练器械物理样机的性能。结果表明,训练器械安全、可靠、舒适,人体肩、肘、腕和腰关节都能得到较好的训练。

基于m-best数据关联和小轨迹关联多目标跟踪算法

视频多目标跟踪中目标较多时,联合概率数据关联算法计算量大,实时性差。由于遮挡等问题,联合概率数据关联算法得到的往往是目标的轨迹片段。针对上述问题,首先利用线性规划自适应迭代求解m个最优联合事件简化联合概率数据关联算法,然后提出基于Kalman滤波及外推法的双向运动预测计算轨迹间的距离矩阵,用近邻传播聚类对目标的轨迹片段进行关联。实验结果表明,本文提出的方法在目标多且容易发生遮挡的情况下仍能够实时有效的跟踪,提高了跟踪准确度,具有一定的抗干扰能力。

多关节自主游动机器鱼的设计与控制

为研究机器鱼设计过程中的关键问题(如密封、配重)以及机器鱼控制中的难点(如逼真的模拟鱼的游动),设计了四关节且可以自主游动的鲹科机器鱼研究平台,展示了机器鱼机械结构和控制系统的设计过程。水下实验证明此机器鱼平台可行而有效,能够真实地模拟真鱼的游动姿态和行为,可用于后续研究,如提高机器鱼的游动效率、优化机器鱼的控制算法等。

基于JMVC的立体视频场景突变检测算法

采用单视图运动矢量与立体视频中视差矢量联合判断的方法,提出一种立体视频场景突变检测算法.该算法首先直接从多视点编码码流中提取视差矢量与运动矢量,然后分别统计每帧的视差矢量与运动矢量的幅度平均值,最后将每帧的视差矢量与运动矢量的幅度平均值与对应阈值相比较,检测立体视频场景突变的情况.用该算法在压缩域直接对立体视频场景突变进行判断,不仅可以保证检测精度,还降低了计算复杂度.仿真结果证明了算法的有效性.

上肢康复机器人等速运动控制算法的研究

等速运动康复的目标是保证人的手臂在用不断增加的力矩驱动机械臂转动时,机械臂转速始终被控制在预设值不变,且人机的肩关节轴要动态对齐。针对上述要求,通过采集机器人关节伺服电机电枢绕组中的电流值和转子的转速,确定外力矩、电机力矩和转速之间的关系,据此建立等速运动控制算法,并以人手臂肩关节的屈展角度为变量,找出机器臂肩关节轴在高度方向对齐人肩关节轴的函数关系,进而建立了考虑速度和位置双重因素下的人机肩关节轴动态对齐控制算法。通过将上述控制算法用于实物样机的控制,证明了控制算法的正确性。该研究为控制上肢等速运动康复提供了参考。

多工位冲压自动送料系统运动规划仿真及实验验证

基于销合链链板多工位冲压自动化加工平台,对其自动送料系统的运动可靠性展开研究。首先,依据实际工况,对自动送料系统的动作需求进行分析,并完成各运动部件的运动规划及动作时序的划分。然后,基于ADAMS软件建立自动送料系统的仿真模型,设置好仿真参数和各运动的驱动约束函数,通过运动仿真获得各构件的位移、受力和力矩的变化曲线;对自动送料系统的末端执行机构的水平、竖直方向的速度与加速度进行分析。最后,在完成控制系统设计的基础上,搭建了销合链链板多工位冲压自动化加工平台样机,并进行实验验证。实验结果表明:销合链链板多工位自动冲压的生产效率可以达到6~7件·min^(-1),满足销合链链板生产节拍≤10 s/件的要求。

多关节微创取样仿生臂机构设计

针对腹腔微创取样手术的实际需求,基于“多自由度脊骨”运动的仿生学原理,设计了一种多关节微创取样机械臂机构,并对其非刚性关节特征进行了建模;然后应用一种比例分离式PID-Bang-Bang运动控制算法,降低了机械臂由于绳索弹性产生的回程误差,提高了机械臂的运动稳定性。