ROBOT'S MOTION ERROR AND ONLINE COMPENSATION BASED ON FORCE SENSOR

Robot＇s dynamic motion error and on-line compensation based on multi-axis force sensor are dealt with.It is revealed that the reasons of the error are formed and the relations of the error are delivered.A motion equation of robot＇s termination with the error is established,and then,an error matrix and an error compensation matrix of the motion equation are also defined.An on-line error＇s compensation method is put forward to decrease the displacement error,which is a degree of millimeter,shown by the result of simulation of PUMA562 robot.

Dynamic Modeling of Multi-axis Wrist Force Sensorin Time Domain

Multi-axis wrist force sensor is one of the most important sensors in the intelligentrobot. It measures the force and torque messages of three-dimensional space to ensurerobots to accomplish tasks with accuracy, such as mechanical assembling, precise grind-ing and outline trace. Its response speed must be high enough and its dynamic

基于虚拟力的水下传感器监控反潜策略研究

近年来无人潜航器对海上重要目标的威胁逐渐增大,体积小、噪声低、行动隐蔽的特点使其很难被发现。为此提出了一个基于虚拟力的传感器监控网络构建算法,通过将三维地形分割,得到面积最小的垂直切面。在该切面上部署传感器,定义了传感器所受重力、互相之间斥力以及边界斥力,在合力的作用下达到平衡状态时完成传感器部署。理论分析和仿真验证表明,提出的算法对复杂地形适应性强,能够根据覆盖率要求得到对应的传感器部署策略,与传统方法相比更灵活,且通过与VFOPCA算法比较,其能耗更低收敛更快。该研究对监控无人潜航器的侵入有指导借鉴意义。

一种能量均衡的水下无线传感器网络覆盖空洞修补方法

针对现有水下无线传感器网络空洞修补方法需要空洞边界探测、通信和计算开销大、覆盖率和能量均衡性差、水下环境模型过于理想化等问题,考虑水底地形复杂,且通常存在较大障碍物等环境因素,建立了基于能量的节点之间、区域边界、零能量空洞、低能量覆盖洞、水底地形及障碍物作用力等多维度的虚拟力模型,提出了基于上述虚拟力模型和能量均衡的空洞修补算法。该算法不需要精确的空洞边界探测,对水下复杂地形和不同环境具有良好的适应性和鲁棒性。此外,提出的对低能量节点、低能量覆盖洞冗余修补的策略,显著提高了修补后网络能量分布的均衡性,减少了因低能量节点的能量很快耗尽而出现新的覆盖空洞的频率,减少了空洞修补频次,降低了网络维护成本。

基于IABC-VFA融合的水下传感网络覆盖优化研究

针对水下无线节点不均匀部署导致的覆盖率低的问题,将改进人工蜂群结合虚拟力算法(Improved Artificial Bee Colony-Virtual Force Algorithm, IABC-VFA)用于水下无线网络覆盖中,改进寻优精度不足以及易陷入局部优化的缺点。首先,在初始阶段引入Tent混沌映射产生混沌序列以获得更均匀的搜索空间;其次,在跟随蜂阶段引入虚拟力算法对雇佣蜂阶段生成的解进行蜜源位置优化更新。最后,引入柯西-高斯变异策略变异当前最优解,使其跳出局部最优。仿真实验对比表明,本文提出的IABC-VFA算法比3D-IVFA和DABVF算法分别提高了1.30%和1.63%的覆盖率,节点利用率优于其他2种算法,可应用于三维水下无线传感器网络节点部署。

软囊式水下力传感器的力学特性与设计原则

以水下机器人用多轴力传感器的压力平衡结构为研究对象,基于液体的可压缩性,根据弹性薄壳力学分析,选择长壳理论研究软囊变形,并对其进行修正。指出软囊变形所引起的额外轴向力对设计和使用水下力传感器是不可忽视的,提出软囊式压力平衡传感器内外压力差的迭代算法,推导出软囊式压力平衡的内外压差、额外轴向力及相关公式。分析压力差在传感器上产生的额外轴向力及有关的影响因素,总结软囊式压力平衡能够胜任大压力平衡,且对大压力下的微小压力具有极强的平衡能力的特点。得出软囊式水下力传感器结构应紧凑、长径比应小、壁厚应尽可能小、内部存油液应少的设计原则。

事件驱动的水下传感器网络部署研究

考虑到水下传感器能力受限的特点,提出了一种针对不确定事件监测的水下传感器网络部署方法。初始部署阶段采用随机深度调节的方法让节点均匀分布,以捕捉到更多的事件。重部署阶段节点则根据探测到的事件信息,基于虚拟力的方法进行移动,并且通过引入分簇控制的思想,将节点移动范围限制在各个簇内,从而降低了重构的规模,保证了网络的连通性。仿真结果表明:该算法可以在满足覆盖性能的同时,有效缩短节点的移动距离。

一种新型水下机器人用六维腕力传感器

本文提出了一种新型水下作业机械手用六维腕力传感器。该传感器具有结构简单 ,易于加工、密封和水压力补偿的特点。文中介绍了该传感器的机械结构、弹性体的力学模型和力—变形转换矩阵。文章最后对设计的腕力传感器进行了标定 ,获得了传感器的转换矩阵 。

膜片式水下力传感器力学特性与设计原则分析

以水下机器人所用多轴力传感器的压力平衡结构为研究对象,基于液体的可压缩性,提出了膜片式压力平衡传感器内外压力差的迭代算法,推导出了膜片式压力平衡法的内外压力差、额外轴向力及相关公式。分析了压力差在传感器上产生的额外轴向力及影响额外轴向力的相关因素,结果表明,膜片式压力平衡法难以胜任大压力平衡。总结了膜片式水下力传感器结构设计原则:基于膜片式压力平衡的水下力传感器结构应紧凑,其长径比、壁厚应尽可能小;压力平衡膜片面积应尽量大,而内部存油液应尽量少。

一种小规模水下无线传感器网络的部署算法

覆盖问题是水下无线传感器网络的一个基本问题。在虚拟力算法中,"虚拟"的力作为传感器节点部署策略被构造,以提高传感器节点的初始随机覆盖后的覆盖率。在传感器区域中,每个传感器节点都可以作为其它所有节点的"受力的源",这种力既可以是引力,也可以是斥力。基于虚拟力的概念,构造了节点间虚拟力区域,并提出了一种快速虚拟力算法。不同于其它虚拟力算法,这是一种简化的自组织算法,它能够有效地提高小规模的水下无线传感器网络的覆盖率。

基于定向移动的水下传感器网络覆盖算法

覆盖率是衡量无线传感器网络服务质量的重要指标。为提高网络覆盖率,针对水下三维传感器网络模型,提出一种基于定向移动的虚拟力算法。将虚拟力简化为节点只受邻居节点的斥力作用,定义当2个邻居节点的感知圆球相切时,其位置为相对理想位置。节点所受虚拟力大小与节点移动到相对该邻居的理想位置所需移动的距离成正比,而节点移动的距离与节点所受到的虚拟力的合力相关。实验结果表明,该算法能有效地对水下传感器网络的布局进行优化,提高网络覆盖率。

基于微机电系统的水下灵巧手触觉力测量传感器

为了实现深水环境下水下灵巧手抓取目标的定位及触觉力感知,设计了阵列式触觉力测量传感器.以硅杯作为力敏感核心,利用胶囊式差压状结构实现了水的静态压力矢量叠加下的触觉力测量,并消除了水的静态压力对触觉力测量的影响.利用弹性力学与板壳理论分析了方形硅杯底部变形与应力的解析解,并与有限元法的分析结果加以对比.结果表明,所设计的灵巧手触觉力测量传感器具有样本抓取的触觉感知及位置感知,其胶囊式差压状结构使得触觉力测量传感器能够消除水的静态压力的影响,硅杯式测量结构具有灵敏度高、误差小、输出应力大的特点.

水下机器人手爪力感知系统研究

提出了一种水下机器人手爪力感知系统的组成结构,该力感知系统由一个六维力/力矩传感器和三指夹持器指端的三个指力传感器组成,本文介绍了上述两种传感器的设计和标定,并对利用该手爪系统抓取物体进行了实际测试和分析,实验结果表明;所设计的力感知系统能够实时地感知腕力和夹持力信息,可以满足机械手力控制的需要。

一种水下机器人用多轴力传感器的结构设计

水下机器人用多轴力传感器的设计必须首先解决水压力平衡的问题。通过对几种典型的机器人用多轴力传感器结构在水压作用下的应力、应变进行分析,得到这几种结构的特点和适用条件:实心的柱体可以承受深水压力,但由于海水的腐蚀作用,开放式柱体不适合作为弹性体;充油或充气的刚性封闭的薄壁结构不能承受深水压力;带补偿膜的薄壁圆筒结构只能承受浅水压力的作用;用软外囊封包的结构可以承受深水压力,实现足够大的体积变化而不致被破坏,但存在容易破损以及形状、质心不定的缺陷。提出一种水下机器人用多轴力传感器自适应结构的设计构思,这种结构兼有开放式和封闭式结构的优点。按照这种设计构思已试制出原型样机。

一种水下灵巧手指端力测量方法的研究

为了实现水下灵巧手对物体安全的抓取和准确确定其在手指上的位置,需开发一种能同时测量出力的大小和位置的传感器,而且该传感器适应水下作业环境.文中采用水压力补偿技术,建立了基于圆筒式测力结构的水下灵巧手末端指节的结构模型.对该结构的测力原理进行理论分析,验证该结构的合理性并推导出测量原理方程.对末端指节进行标定实验,计算出标定矩阵.采用ATMEGA微控制器建立测量系统,在陆上和浅水环境中对该指节的力感知能力进行测试,结果显示在水下和陆上的测量结果一致,且测试精度满足目前水下灵巧手研究的要求.

基于网格划分和虚拟力的水下传感器网络部署策略

针对三维水下传感器网络存在的节点部署稀疏、水下节点昂贵、网络部署成本高、三维环境复杂等问题,提出了一种基于网格划分和虚拟力的网络部署策略。该策略研究了三维空间多面体填充问题,将水平面划分为一定大小的网格,对水面上的节点运行虚拟力算法,使节点均匀扩散开,落在同一网格的节点通过控制浮标与节点间的缆绳长度控制节点在垂直方向的移动,形成三维水下传感器网络。仿真实验结果表明,该策略能够以更小的节点数目达到更高的三维空间网络覆盖效率,从而有效地减少网络的部署成本。

基于AUV运动控制的水下传感器网络部署策略

为提高水下传感器网络覆盖率,提出一种基于AUV运动控制的网络部署策略.通过引入改进虚拟力算法,加强事件对AUV节点的虚拟作用力,改善AUV节点运动控制,降低事件分布不均匀对网络覆盖的影响.仿真表明,该方法能有效提高网络事件集覆盖率,同时AUV移动距离也有所降低,节点移动能耗得到控制.

仿生水下机器人三维力测试系统研究

针对微小型仿生水下机器人的流体动力学测量,研制了一种新型的三维力测试系统。在分析微小流体力测试系统功能需求的基础上,设计了基于S型拉压力传感器的测试系统机械结构和信号处理系统。分析了该测试系统存在的主要误差源,建立了系统误差模型,通过实验方法对误差模型进行了标定和补偿,数据测试结果表明补偿后的测量精度误差<0.9%。该三维流体力测试系统为仿生水下机器人的流体力学实验研究提供了一种重要测量装置。

基于信噪比-虚拟力算法的水下传感网络节点移动策略研究

针对水下传感器网络节点移动过程中造成网络拓扑结构变化导致的节点能耗不均衡、网络吞吐量和生存时间下降的问题,提出一种基于信噪比的虚拟力算法。首先,考虑水下网络信道传输特性,构建信道信噪比数学模型;然后,以信噪比和节点度双指标修正传统虚拟力模型,讨论节点移动策略;最后,建立数值仿真环境验证移动策略的有效性。结果显示:相比于传统节点移动策略,本文所提出的移动策略可以有效提升网络吞吐量,延长网络生存时间。

水下灵巧手指力传感器设计

为了实现水下灵巧手对目标对象六维力/力矩的准确测量,提出了一种新型的指力传感器模型。该传感器采用十字梁与圆盘结构组合的方式分两组各完成三维力/力矩的测量。首先对传感器的弹性体结构进行了设计和理论分析,然后基于灵敏度高、线性好等要求进行了合理的布片和组桥,从而完成了一种可以直接输出六维力/力矩的传感器的设计,解决了六维力/力矩传感器中存在的结构复杂、尺寸大、刚度低、灵敏度低等问题,可以方便地将其应用于水下灵巧手指尖处。