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.

基于视觉的遥操作机器人精密装配系统

针对遥操作精密装配问题,基于视觉伺服,并通过图形图像叠加等方法,加入了有效的人工辅助措施,很好地利用了人类智能,增强了精密作业系统的鲁棒性和可实现性,并最终实现了遥操作精密装配.

Tele-LightSaber——一种高对抗度竞争型网络机器人系统

竞争型网络机器人系统具有交互性强、对实时性要求高等特点.为了研究适用于强交互竞争型网络机器人系统的控制模式和控制方法,本文设计并实现了一种高对抗度的竞争型网络机器人作业Tele-LightSaber,并在此基础上提出了将上层人工遥操作与底层视觉伺服相结合的控制模式.最后,分别利用本文提出的控制模式与传统人工遥操作模式对Tele-LightSaber作业进行控制,实验结果表明,本文提出的控制模式具有更强的实时性以及更小的跟踪误差.

机器人遥操作中的网络传输延迟分析

首先分析了基于Internet的机器人遥操作所面临的网络控制问题,其次提出了对网络传输不确定性延迟问题的解决方案,然后进行了相应的实验,最后分析了该方案的实验结果及得出的结论。

机器人辅助脊柱微创手术系统设计与实现

研制了机器人辅助定位系统以解决脊柱微创外科手术中的高精度定位问题.分析建立了机器人的运动学模型,设计了一套以TI公司的DSP芯片TMS320LF2407A为核心的控制系统,介绍了该系统平台的工作原理、硬件设计与软件设计.系统已在实际环境下进行试验,满足设计要求.

基于2D三焦点张量的移动机器人视觉伺服镇定控制

针对单目视觉移动机器人系统,本文提出了一种基于二维三焦点张量(2D trifocal tensor,2DTT)的视觉伺服镇定控制方法.具体而言,首先描述了2D三焦点张量的导出过程,并给出了基于图像特征点的估计方法.在此基础上根据2D三焦点张量的元素,设计了一种反馈线性化控制器以实现机器人的位置镇定,以及一种比例控制器来实现姿态镇定,因而在场景信息与平移信息均未知情况下完成了移动机器人的视觉镇定控制.通过理论分析证明了本文设计的镇定控制算法具有指数收敛性能.相比现有方法,这种基于2D三焦点张量的方法在图像特征识别方面具有更强的鲁棒性,并且在平面场景与立体场景情况下均适用.最后利用仿真与实验结果验证了本文提出的视觉伺服方法的优良性能.

移动机器人自适应视觉伺服镇定控制

对有单目视觉的移动机器人系统,提出了一种自适应视觉伺服镇定控制算法;在缺乏深度信息传感器并且摄像机外参数未知的情况下,该算法利用视觉反馈实现了移动机器人位置和姿态的渐近稳定.由于机器人坐标系与摄像机坐标系之间的平移外参数(手眼参数)是未知的,本文利用静态特征点的位姿变化特性,建立移动机器人在摄像机坐标系下的运动学模型.然后,利用单应矩阵分解的方法得到了可测的角度误差信号,并结合2维图像误差信号,通过一组坐标变换,得到了系统的开环误差方程.在此基础之上,基于Lyapunov稳定性理论设计了一种自适应镇定控制算法.理论分析、仿真与实验结果均证明了本文所设计的单目视觉控制器在摄像机外参数未知的情况下,可以使移动机器人渐近稳定到期望的位姿.

竞争型遥操作机器人系统的研究

针对军事、反恐等领域遥操作机器人特点 ,首次系统地提出竞争型机器人遥操作系统的概念 ,并将其与传统协作型机器人遥操作系统进行比较分析 ,从而得出竞争型机器人遥操作系统的研究重点和特点 .在此基础上 ,构建了一个基于网络的竞争型机器人对弈系统 ,为今后该方向的研究提供了新的思路 .

微操作机器人系统拟实环境的实现

本文实现了一个具有显微图像效果的 2 D增强现实的微操作拟实环境 .文中给出了微操作工具的生成算法和它的运动学建模算法 ,并在虚拟显微镜的实现过程中对操作工具和操作对象的显微图像进行了优化处理 ,实现了对微操作机器人系统的拟实 ,并获得了很好的拟实效果 .该拟实环境可有效地用于实际微操作的预演、再现 ,微操作路径规划及人员培训 .

飞机蒙皮检查机器人系统研究

研究了飞机蒙皮检查机器人的系统结构及相关关键技术.提出了针对非对称异型飞机蒙皮表面的爬行机器人的总体结构和关键部件,对机器人作业过程中的吸附、运动及检测功能进行了分析,并给出了感知和运动控制系统的结构.研究了基于轨迹线性化理论的机器人路径跟踪控制算法,用于补偿由于驱动单元引起的误差.给出了基于视觉的飞机铆钉裂纹缺陷分类与识别方法.试验结果验证了算法的有效性.

面向竞争型网络机器人的运动目标快速检测

搭建了基于高速视觉的竞争型网络机器人系统.通过对比选取并融合了多种识别方法,设计了一套面向竞争型网络机器人的目标快速识别跟踪算法.采用动态窗口技术,并通过对不同传统方法的改进,进一步提高了该算法的实时性.本文方法能够在较复杂的背景下跟踪运动的目标机器人,具有较小的运算量及较好的鲁棒性.实验结果表明,该算法处理640×480像素的8位灰度图像的时间不超过5ms.

基于激光传感器的机器人地图构建方法

针对自主移动机器人局部地图构建问题,分析了几种应用较广的测距传感器的优缺点和地图构建中使用的激光传感器的数学模型及其非线性问题。在给出局部地图构建的一般模型的基础上本文提出了一种机器人局部地图构建的一种新方法,该方法针对传感器数据的不确定问题采用加权最小二乘方法对机器人在导航过程中的局部地图进行构建,具有实现容易、精度较高等特点。仿真和实验结果表明该方法在移动机器人使用激光测距传感器进行环境建模和地图构建过程中可以有效的减小直线拟合误差,进而达到有效建图的目的。

微操作机器人系统的大范围三维标定方法

本文针对面向生物工程微操作机器人需同时满足高定位精度和大的工作空间的特点 ,给出在毫米级空间对微操作机器人系统实现微米级三维标定的方法 :用运动部件拖动三维标定块及三套显微摄像装置读取三维坐标的方法 ,解决了大范围高精度读数的问题 ;用四块直角棱镜组成的分光装置和三块二维标尺构成读数范围为8mm× 8mm× 8mm ,读数精度为 1μm的三维标定块 ,解决了标定基准问题 ;最后 ,给出了标定结果 .

大型实景地理模型3D喷绘机器人及其喷绘方法优化

通过对卫星遥感数据的处理和分析,得到地理信息的实景模型数据.在此基础上,对实景地理模型喷绘机器人核心技术展开研究,包括机构、控制系统设计、模型优化、图像补偿等,最终实现高精度、真彩色实景地理模型的自动喷绘方法.

基于振动反馈的铣削机器人运动控制

机器人在利用高速旋转的刀具对目标材料进行铣削加工的过程中,刀具与铣削材料之间切削力的作用会使得整个铣削系统产生受迫振动.当被铣削的目标本身结构刚度较低时,铣削操作会使其产生一定的形变,不适宜利用空间位置作为控制量对铣削操作进行自动控制.由于动力工具在不同切削深度会产生不同幅值的受迫振动,并且产生的振动信号可以有效包含刀具与铣削材料之间的状态信息,能作为有效的控制量对铣削机器人进行运动控制,达到良好的自动控制效果.本文建立铣削过程中系统的振动模型,并根据振动模型列出微分方程描述动力工具的受迫振动,通过加速度传感器对振动信号进行实时采集,分析所采集信号以验证所建物理模型的准确性.利用快速傅里叶变换(FFT)对信号进行处理,提取信号中频率是刀具旋转频率的整倍数的谐波分量.由于二次谐波的FFT幅值随铣削深度的增加有较为明显特征,并且在刀具空转状态最为稳定,选其作为控制量对铣削机器人进行运动控制.采用DSP芯片作为主控制器,通过PID算法对步进电机加以控制,可以使刀具在铣削过程保持稳定的切削深度.对所建控制系统进行稳定性分析,进行实验并对铣削深度进行测量,证明刀具在铣削过程中能维持在较为稳定的深度,验证了控制算法的有效性.

竞争型机器人仿真系统设计与实现

为满足竞争型机器人系统Tele-LightSaber(TLS)对竞争博弈算法和相关的视觉伺服控制策略快速验证的要求,本文结合遥击剑TLS实验平台及其作业特点,设计并实现了基于"人机智能和谐分配"的竞争型机器人仿真系统.通过系统配置及离线编程,对实验数据再现并进行误差分析,表明本仿真系统能够较好地模拟实际系统,为TLS系统实验提供了前期的验证平台.

基于奇异值分解的机器人工具坐标系标定

机器人通过在末端安装不同的操作工具来完成各种作业任务,而工具参数的准确度直接影响着机器人操作精度,因此研究一种准确、快速的工具坐标系标定方法具有重要的意义。该文提出一种称为三点五步法的机器人工具坐标系标定方法,并基于矩阵的奇异值分解理论对该标定方法进行了严密的数学推理,证明该标定方法理论上的可行性。采用该算法进行工具坐标系标定具有操作简单、标定精度高、可靠性强和算法易于程序实现的特点。

多机器人系统研发平台的功能、结构与实现

本文介绍了一个自行研制的多机器人系统的研究开发平台。与一般实验系统不同 ,这个平台的特点是具有固定的控制结构 ,这增强了其可集成性和选择性而部分丧失了其通用性。在平台控制结构选择得当情况下 。

基于互联网的机器人遥操作系统平台

本文设计一个基于互联网的机器人遥操作系统 ,构造一个集研究和实验为一体的机器人遥操作平台 ,以拓宽机器人技术在科研和工程领域的应用前景。它通过融合环境建模和通用操作技巧两种技术 ,在模型误差和系统误差存在的前提下 ,突破了基于模型的高层监控机器人系统仅能进行简单遥操作的局限 ,保证了操作的可靠和稳定 ;采用高精度的图形预测技术 ,有效地克服了网络延时对操作者的影响 ,较大地提高了工作效率 ;通过使用最近设计完成的多机器人控制器 ,极大地提高了机器人遥操作系统软、硬件的可扩展性 ,并且对模型的预测 /预显提供了系统级的支持和优化 ;

基于遗传算法的家用保安机器人路径规划方法

将领域知识与遗传算法相结合,提出了一种针对家用保安机器人的路径规划方法.该算法采用改进的栅格化方法来描述家庭环境,重新定义了路径适应度函数的评价方法,并设计有效的路径遗传算子.仿真结果表明了该算法的正确性和有效性.利用该算法实现了在实际家庭环境下保安机器人的路径规划与动态避障.