软体机器人驱动、建模与应用研究综述

软体机器人是一类新型机器人,具有结构柔软度髙、环境适应性好、人机交互性强、功能多样等特点,在医疗保健、物品抓持、野外侦查等诸多领域有着广阔的应用前景。文中从软体机器人的发展历程、驱动方式、建模与应用等方面对软体机器人进行综述,介绍了从超冗余度机器人到连续体机器人,再到完全应用软体材料制成的纯软体机器人的发展过程;阐述了软体机器人的驱动方式:柔性流体驱动、基于堵塞原理的半主动驱动、嵌入索丝(绳索或形状记忆合金SMA)的可变长度驱动、电活性聚合物软体驱动等;介绍目前软体机器人常用的建模控制方法,以及软体机器人广泛的应用前景;最后,总结了软体机器人驱动方式存在的一些主要问题以及未来的研究方向。

软体机器人的驱动器及制作方法研究综述

软体机器人是一种由软体材料制成的新型机器人,具有结构柔顺度高、环境适应性好、功能类型多样等优点,在康复、探测、救援等领域都具有广阔的应用前景。文中首先介绍了软体机器人的总体研究情况,包括软体机器人的发展过程及其结构类型;其次,介绍了软体驱动器的类型和制作方法,包括气动驱动、SMA驱动、IPMC驱动、DE驱动、响应水凝胶驱动、化学反应驱动、活体细胞驱动;再次,介绍了软体机器人的整体制作方法;最后,分析了软体机器人制作方法方面的缺点,并得出未来软体机器人的制作会向多功能化、高集成化、微型化等方向发展的结论。

软体机器人运动学与动力学建模综述

软体机器人是一类新型机器人,具有结构柔软度高、环境适应性好、亲和性强、功能多样等特点。近年来,软体机器人领域发展较快,取得的进展表明,应用软体材料制作的机器人在适应性和灵活性方面超越了传统的刚性体机器人。由于其结构固有的顺应性,软体机器人可明显提高人机交互性能。文中首先介绍了软体机器人研究现状,然后详细介绍了软体机器人运动学建模常用的分段常曲率方法,阐述了应用拉格朗日方程建立软体机器人动力学模型的分析方法,最后分析了目前软体机器人建模方面的主要挑战,提出了软体机器人运动学与动力学建模的发展方向。

基于改进蚁群算法的移动机器人路径规划

为了解决蚁群算法在移动机器人路径规划应用中的不足,通过改进启发函数和信息素挥发因子来提升算法的性能。首先,利用栅格法的便捷性对环境进行建模,对每个栅格进行标记,使蚁群从初始栅格移动到目标栅格进行路径搜索;然后,构造新的启发函数以提高蚂蚁搜索的目的性及算法的运算速度;最后,使挥发因子自适应变化,保证蚂蚁在全面地搜索路径时也能够快速收敛。多次实验的结果证明,在有较多障碍物的情况下,改进的算法能够帮助移动机器人快速寻找到最优路径。

异质多智能体系统的自适应点对点拟一致性控制

考虑了各层内部节点和两层网络间对应节点都是异质的,设计了自适应的一致性控制协议,并分别研究了线性多智能体系统和非线性多智能体系统两种情形。针对线性异质多智能体系统,利用线性矩阵不等式和稳定性方法证明了两层网络节点之间可以实现点对点拟一致性;针对具有Lipschitz型动力学的非线性异质多智能体系统,也给出了两层网络节点之间实现点对点拟一致性的充分判据。最后,给出了数值仿真说明理论结果的有效性。

基于相位控制的惯性与卫星超紧组合导航系统信号解调方法

卫星导航极易受到复杂环境下的干扰信号影响,捷联惯性导航系统(SINS)与卫星导航系统(GNSS)超紧组合导航技术可提高卫星接收机在信号干扰环境下的工作性能。在对比分析紧组合与超紧组合实现方案及北斗B1信号调制方式的基础上,提出基于相位控制的SINS与GNSS超紧组合环路信号解调方法,进一步分析SINS与GNSS超紧组合环路信号跟踪特性。对卫星信号受干扰环境及动态条件下的相位控制超紧组合与频率控制超紧组合方法的导航性能进行试验对比分析,结果表明相位控制超紧组合方法具有更稳定的定位性能,并可提高约7 dB的抗干扰能力。

基于非线性干扰观测器的四旋翼非奇异快速终端滑模控制

针对存在系统不确定性和外部干扰的四旋翼飞行器,提出了一种基于非线性干扰观测器(Nonlinear disturbance observer,NDO)的非奇异快速终端滑模控制(Nonsingular fast terminal sliding mode control,NFTSMC)策略。首先,利用NDO估计系统不确定性和外部干扰的实际值。然后,设计基于趋近律的NFTSM控制器用于姿态子系统(内环),该控制策略能够保证欧拉角的快速收敛以及姿态子系统的稳定性。此外,在位置子系统(外环)中采用NFTSMC与反演技术相结合的策略,保证了位置子系统的跟踪性能。最后,通过对比仿真结果表明,该方法具有更好的轨迹跟踪性能,且优于传统滑模和积分反演滑模控制的效果。

噪声干扰下基于采样信息的含领导者耦合谐振子系统二分同步控制

基于采样信息,研究测量噪声干扰下含有领导者耦合谐振子系统的二分同步问题.采用脉冲控制和牵制控制的思想,设计一种仅使用离散时刻速度采样信息的二分同步控制策略,并应用脉冲微分方程理论和矩阵理论等,给出保证该耦合谐振子系统与领导者谐振子实现二分同步的充分性判据.事例验证了理论结果的有效性.

输入时滞下异质调和振子网络的同步研究

针对异质调和振子网络系统在含输入时滞情况下的拟同步问题,通过引入有界的领导者振子,并应用牵制控制协议将调和振子网络系统转化为误差系统;再结合Lyapunov-Krasovskii泛函,并运用稳定性理论和线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)方法给出异质调和振子系统实现拟同步的充分性判据.结果表明,误差系统渐进收敛于一个有界集合中,并给出了拟同步误差的上界.MATLAB数值仿真结果进一步验证了理论的有效性.