轮式搜救机器人地形自适应机构设计及越障性能分析

针对复杂地形环境下搜救机器人越障性能的要求,设计了一种轮式搜救机器人的被动地形自适应机构,并对其越障性能进行了分析。首先,在分析传统越障机构的基础上,开展了地形自适应机构的选型,并结合遗传算法对其进行优化,完成了对轮式搜救机器人被动地形自适应机构的设计。然后,基于达朗贝尔原理建立了轮式搜救机器人的动力学模型,并对其越障能力进行了分析与计算。最后,建立轮式搜救机器人的多刚体动力学模型,开展了越障性能仿真,并与理论计算结果进行了对比。对比结果验证了轮式搜救机器人的越障及地形自适应能力。研究结果可为轮式搜救机器人样机的搭建及后续研究的开展提供理论依据。

一种基于局部频率估计的地形自适应干涉图滤波器

本文提出一种用于InSAR处理的地形自适应干涉图滤波器.该滤波器通过局部空间频率估计,依据地形的变化进行参数调整,能够有效地克服传统的多视滤波器破坏致密干涉条纹的缺点.本文详细描述该地形自适应滤波器的结构,并阐述其具体实现方法.在局部频率估计中,由于采用了二维Chirp-Z变换,滤波器的计算效率较高.用X-SAR的干涉数据对所提出的自适应滤波器进行了验证,给出了自适应滤波器和传统多视滤波器的滤波结果,说明前者具有保持干涉条纹的良好特性.

中国山地起伏度计算中地形自适应滑动窗口获取与验证

在地形起伏度研究中,多采用固定大小的"最佳计算窗口"进行运算,尚未见随地形特征变化的自适应窗口。针对单值最优窗口固有的不确定性,该文尝试构建适应局部地形的窗口阵列。首先对均值变点法作拓展与调整,遍历栅格单元,并求每一栅格处最佳窗口取值,从而得到地形自适应的滑动窗口。最后,使用SRTM和ASTR GDEM在山地范围内进行实验与检验,结果表明:最佳计算窗口的尺寸随地形发生变化;与单值窗口相比,基于地形自适应窗口求得的起伏度与地表实际情况更为吻合、细节特征更加清晰、精度更高;地形自适应窗口较好地改善了单值计算窗口对高程数据源敏感的情况。中国山地自适应滑动窗口以3.57km2、4.28km2、5.06km2为主,其统计特征符合正态分布,总体均值可与全局单值窗口相互印证。

地形自适应救援机器人设计

为实现机器人在复杂环境中快速灵活的运动要求,该文设计了一种轮履复合式快速移动机器人,并针对其3种不同运动模式进行分析。利用智能辅助控制策略,机器人运行中可根据地形不同而采取不同的运动模式,简化了操作难度。机器人采用基于ADXRS610的角度测量单元,STM32F103单片机实时处理角度变化情况来不断监测机器人姿态,在复杂地形中通过调整机器人结构使机器人保持最佳驱动状态。通过不断地调试,最终实现机器人地形自适应的要求,具有运动灵活、操作简单、越障能力强、功耗低的特点。

基于地形自适应的货运索道路径自动规划方法

为降低货运索道路径规划工作的时间和经济成本,综合考虑地理信息、工程实际情况和索道架设与运营成本等多方面因素,提出了索道路径规划要求,形成自动化路径规划的技术流程.针对索道架设要求,提出了基于聚类分簇思想的上、下料点自动筛选方法,实现索道对公路的避让;并根据三维地形数据提出了基于地形自适应的索道支架位置搜索方法,搜索的支架可保证索道承载索与地面的间距满足施工要求;通过支架位置优化,减少支架数量,实现索道成本的降低.对实际工程的路径规划计算应用表明:该规划方法可在约半个小时的时间内自动获得的上千条索道路径及支架架设方案,规划速度快,数据分析全面.

无人机起落架地形自适应系统设计

近年来随着无人机市场的发展,多旋翼无人机以优良的操控性能和可垂直起降的方便性等优点迅速获得了广大消费群体的关注。但是现有旋翼无人机起落架对地形要求略为严苛,在特殊地形降落时,无人机往往因为地面的不平坦发生侧翻等问题,严重时可能造成巨大的经济损失。文章在传统无人机起落架设计方案的基础上,根据地形自适应场景要求,对起落架减振弹簧和自由伸缩机构提出了设计更改。并通过关键参数的分析,验证了其工程可行性和地形自适应方面的改善作用。

自主地形自适应六足仿生机器人

自然界千万种生物中，种类最多、数量最大的就是节肢动物，其中昆虫又占了绝大多数。它们无处不在——人类的住房、炎热的沙漠、潮湿的原始森林，甚至河流、小溪，都有它们的身影。它们有精巧的身体、迅捷的移动速度和广泛的适应性。因此，我萌发了要做一个有六条腿、形状像昆虫的机器人的想法。

深度强化学习在地形自适应运动技能上的应用

强化学习为开发模拟特性技能提供了一种很有效的方法,但强化学习通常需要稀疏手动的来获取特征。依赖于深度强化学习,我们引进了动作-评价和专家学习混合的学习方法(MACE)来学习动态地形自适应技能,把高纬度状态和地形描述作为该方法的输入,参数化的跳跃或行走作为输出动作。MACE方法比单一的动作-评价方法的学习效率更快,从而使动作-评价和专家学习变得更具独特性。

地形自适应车载LiDAR点云滤波

针对车载LiDAR点云进行地面点滤波时,基于常规TIN、坡度等滤波算法不能根据局部地形变化自动调整阈值的问题,该文结合城市点云特征和地形起伏度,提出地形自适应的车载LiDAR点云滤波方法。该方法通过引入地形自适应参数进行区域增长阈值的动态调整,实现地面点、非地面点的自动精确滤波。通过实测数据试验,结果表明该方法可适用于车载LiDAR城市点云中地面点和非地面点的较精确分类,解决低矮浅丘、低矮灌木等地物点不容易正确分类的问题。

大地电磁二维自适应地形有限元正演模拟

复杂地形对大地电磁测深法(MT)的影响非常大。文中在吸收和修正前人工作基础上,提出了一种自适应地形四边形网格剖分、单元内电磁场双二次插值数值模拟方法,能更好地模拟出复杂地形和场值分布,并推导出复杂地形条件下有限元数值模拟算法、单元辅助场的计算和TM模式视电阻率的局部定义法。模型计算表明,该数值模拟方法计算速度快,有较高的计算精度,能很好地模拟MT复杂地形影响和异常体影响。

基于注入式仿真平台的自适应真实感地形生成算法

为了满足注入式仿真系统对实时性的要求,提出了一种基于实时优化自适应网格(ROAM)算法的自适应真实感地形生成算法。将基本ROAM算法生成的地形作为基网格,提出了一种新的评价参数,通过比较给定阈值与参数来判断是否进行局部细分。对满足细分条件的顶点进一步提取地形的尖锐特征,采用Loop算法细分局部曲面。在实时漫游过程中利用旋转映射技术生成一个视频流实时输出到注入式仿真平台并显示在数字视频接口(DVI)显示器上。实验结果表明:该算法在实时漫游仿真时,平均帧频达到45.130 3frame/s,峰值帧频接近50frame/s,高于原始算法的36frame/s。得到的仿真地形场景能够在注入式仿真平台上流畅输出到DVI显示器,平均帧频为45frame/s左右,满足注入式仿真系统实时性的要求。

自适应地形倾斜摄影测量技术在矿山污染治理中的应用

由于矿山乱掘及无序开发等现象频发,造成区域开挖面陡峭、强腐蚀性、山体破碎、地形复杂等情况,对矿山污染治理造成一定难度。基于倾斜摄影测量技术基本原理,提出自适应地形航摄思路,通过优化航线规划设计、像控点布设方案及数据生产流程,对安徽某矿山进行倾斜摄影测量及数据处理,得到了复杂地形地貌条件下高精度三维实景模型成果,大幅度提高了矿山污染源调查效率,为矿山污染治理提供了科学的数据支撑,使得矿山污染治理工作更加精细和准确,可为今后同类矿山污染治理提供借鉴。

基于外存的大规模地形可视化框架

为了解决地形模型由于受内存限制而无法进行实时绘制的问题,作者提出了一个有效的基于外存的海量地形数据实时可视化框架,该框架由三层体系结构构成:管理层、调度层、自适应LOD活动地形渲染层.利用该框架进行海量地形的实时绘制,理论上可以达到绘制速度与地形规模基本无关.并给出了该框架一个实现,通过对36块具有500万个三角片的地形进行测试,平均可以达到25帧/s以上的实时绘制速率,验证了该框架的有效性.

多连杆混联仿生腿式起落架设计与着陆实验研究

针对垂直起降飞行器对着陆场地的硬度及平整性要求高、传统起落架智能化程度低的问题,设计了一种基于多连杆混联机构的仿生腿式地形自适应起落架。首先针对单腿的设计构型进行驱动力矩分析与机构优化,在此基础上完成结构设计。其次基于设计构型提出了相应的驱动与运动控制算法,建立控制系统,并针对四腿机构进行着陆仿真。最后以多旋翼无人机为对象,设计了一套仿生起落架系统,与多旋翼无人机形成了整体的验证平台,实现地形识别-飞控-多腿控制融合设计,完成了搭建结构化地形的自适应着陆实验。研究结果表明,多连杆混联式仿生起落架设计方法可应用于垂直起降飞行器起落架的设计中,完成设计载重的斜坡、台阶、凹凸地面等复杂地形的着陆,具备自适应着陆的能力。

基于被动变形车轮的铰接型移动机器人设计与分析

针对非结构环境下传统移动机器人越障性能不足和运动柔性欠佳等突出问题,引入被动变形车轮与柔性铰接装置,研制出了一款能够被动适应复杂多变障碍地形的多驱动模块铰接型移动机器人。通过构建单驱动模块运动学模型,综合各模块间运动约束关系,建立了机器人整体位姿方程,提出了机器人柔顺运动控制方法。基于外力作用下车轮被动变形机理研究,结合多驱动模块耦合状态下机器人整体受力分析,系统建立了机器人越障力学模型,提出了机器人关键结构参数优化设计方法。理论分析和仿真结果表明:机器人具有良好的越障性能与运动柔性,可被动适应复杂多变障碍地形。

利用线性相位模型提高干涉SAR图像相干性及改进相干性估计

本文提出一种对干涉合成孔径雷达(干涉SAR)处理中单视复图像(SLC)进行地形自适应预滤波的方法,提高从不同入射角获得的SAR图像之间的空间相干性,并同时改进相干性估计.通过Chirp-Z变换进行干涉图局部频率估计,从而提取干涉图线性相位模型,并利用其进行距离和方位向的地形自适应预滤波.由于滤波器参数随地形进行调整,其性能优于仅仅依赖轨道参数或平坦地球相位估计的固定带宽非自适应滤波器.文中对SIR-C/X-SAR的Etna火山干涉数据同时进行了距离和方位向地形自适应处理,利用相干系数直方图对该方法与固定带宽非自适应滤波方法的性能作了比较.最后,本文还应用线性相位模型改进相干性估计,得到了去除地形变化因素后的相干系数图.

一种摇臂轮组与行星轮组相结合的爬楼越障机器人结构设计

为了提高轮式机器人移动的地形适应能力和越障能力,提出了一种摇臂结构与行星结构相组合的10轮多地形自适应移动机器人。该机器人采用摇臂结构轮组作为前驱轮组被动摆动适应地形变化,行星结构轮组作为后驱轮组主动翻转翻越障碍适应地形。利用Adams软件构建机器人爬楼越障动力学模型,仿真分析机器人爬楼越障过程。研制了物理样机,根据多级台阶、楼梯、斜坡、崎岖地形进行适应性测试。试验结果表明:该机器人能够连续通过5种不同尺寸的楼梯,且在50 s通过13级台阶,验证了该机器人的地形适应能力和越障能力。

铰接型移动机器人结构设计与性能分析

针对复杂地形环境下传统移动机器人普遍存在的稳定性不足、通过性欠佳等突出问题,通过深入探究机器人越障机理,融合被动变形车轮与柔性铰接装置,研制出一款能够被动适应复杂多变障碍地形的多驱动模块铰接型移动机器人。综合考虑机器人构型原理与运动模式,基于稳定锥方法系统构建了机器人极限姿态的稳定模型并提出其临界倾翻条件。基于凸台、沟渠以及变曲率地形下机器人通过性的深度分析,提出了一种不同地形障碍下机器人越障方法。样机实验结果表明,机器人具有良好的运动稳定性与通过性,可被动适应复杂多变障碍地形。

基于ROAM算法的数字地面模型研究与实现

针对规则网格的数据量过大问题,采用了基于分块的ROAM算法进行多分辨率渲染,根据地形粗糙程度和视点位置,对地形进行有选择的细化,将庞大的三角形二叉树分为多个小二叉树,提高了地形构建效率,在此基础上建立地物要素模型,完成了数字地面模型的构建与多分辨率渲染。

货运索道支架位置自动搜索方法

针对货运索道支架位置自动搜索方法缺失的问题,提出了凸包点遍历法、地形自适应法和干涉点搜索法等3种索道支架位置自动搜索方法,均能够实现二维地形剖面上的索道支架位置自动搜索.其中:凸包点遍历法在地形凸包点建立支架,通过冗余支架筛除获得支架位置;地形自适应法通过判断索道承载索曲线在下降过程中与地形的干涉条件确定支架位置;干涉点搜索法采用在承载索曲线与地形的最大干涉位置添加中间支架的方法实现支架位置搜索.3种方法的支架位置搜索成功率差别不大,分别为9.12%、8.38%和8.26%,但干涉点搜索法的计算速度分别是凸包点遍历法和地形自适应法的5.8倍和3.5倍.因此,在实际工程应用中,建议使用速度最快的干涉点搜索法进行输电线路货运索道支架位置自动搜索.