基于全身力矩控制的双腿轮机器人跳跃方法研究

双腿轮机器人由于内在不稳定性以及强耦合非线性特性,其运动控制尤其是高动态运动控制非常困难.为此,提出基于最优力分配的全身力矩控制框架,可同时实现双腿轮机器人的自平衡与躯干位姿控制;为提高双腿轮机器人在高速运动时跨越垂直障碍物的能力,提出应对垂直障碍的跳跃动作规划方法,并基于全身力矩控制框架进行控制与实现;通过分析简化的轮式倒立摆模型,得到腾空时飞轮转动对俯仰姿态的动力学影响,实现腾空阶段俯仰姿态的调整.设置连续跳跃仿真实验与有无飞轮调整的俯仰姿态对比实验,其仿真结果证明所提方法的有效性与鲁棒性.

基于传递矩阵法的足式机器人四连杆腿部机构正向与逆向动力学分析

为了保证足式机器人腿部机构的控制准确性与实时性,利用向量代数方法,对足式机器人四连杆腿部机构进行几何运动学分析;根据有限元形函数理论,建立足式机器人四连杆腿部机构典型构件的质量离散方法;在几何运动学分析的基础上,基于力矩平衡原理,分别进行正向与逆向动力学分析;利用线性变换原理并结合传递矩阵法,建立足式机器人四连杆腿部机构正-逆向动力学统一模型,并利用Adams软件建立足式机器人四连杆腿部机构虚拟样机模型,进行正向与逆向动力学仿真实例分析。结果表明,所建立的足式机器人四连杆腿部机构正-逆向动力学统一模型与虚拟样机模型3个油缸力与3个方向足底力的误差分别小于1%与3%,验证了所建立的足式机器人四连杆腿部机构正-逆向动力学统一模型能够精确地求解油缸力与足底力。

基于主被动柔顺的隧道机器人地质雷达检测系统

隧道墙体缺陷检测是保障轨道交通良好运营的重要环节。针对轨道交通综合检测装备检测灵活性差的问题,设计一套基于主被动柔顺的隧道机器人地质雷达检测系统,实现隧道墙体裂缝、轮廓断面等病害的高效检测。首先,设计基于弹性回复机构的被动柔顺控制装置,实现地质雷达贴壁检测的自然顺从;然后,提出基于阻抗控制算法的隧道机器人主动柔顺控制算法,主动适应隧道的贴壁检测;最后,通过隧道机器人地质雷达检测系统平台验证了基于主被动柔顺的隧道机器人地质雷达检测系统的有效性,并将该系统集成到轨道交通综合检测装备上进行了实地应用,提高了该装备的检测能力。

基于混沌控制的多目标不确定环境下移动机器人路径规划

针对多目标不确定环境下移动机器人路径规划算法复杂的问题,提出了一种新的规划算法———混沌控制算法.该算法利用混沌控制原理,根据检测到的目标位置信息,分别采用线性和非线性方法构造目标函数,然后通过牛顿定理,进行路径规划,求出规划节点.最后对算法进行了模拟仿真.仿真结果表明,构造的目标函数在每个目标点周围形成了收敛区域,机器人移向哪一个目标点,由它的初始状态所在的吸引域决定,不必再施加其它控制.这样减少了规划的计算量,提高了路径规划的速度和精度,为以后研究包含多障碍物的不确定环境下的路径规划奠定了基础.

AmigoBot移动机器人上位控制系统的设计

针对AmigoBot移动机器人存在不支持本地可编程控制、只能作为网络终端的问题,提出了一种基于OMAP3530和Android嵌入式平台的AmigoBot移动机器人上位控制系统的设计方案;给出了该系统的硬件及软件结构,详细介绍了在OMAP3530上移植Android系统的过程:首先对Android系统进行裁剪,使其内核功能模块既能满足上位控制系统的要求,又不冗余;在裁剪后的Android系统的基础上,对AmigoBot移动机器人的Aria控制软件、无线通信等应用软件进行设计。实验结果表明,该系统解决了AmigoBot本地控制问题,提高了AmigoBot的扩展能力。

腿-轮复合机器人全方位运动控制器的设计与仿真

针对腿-轮复合机器人进行了运动学与动力学模型构建,构造控制器实现了基本的运动功能。将整体平台解耦为四个子系统,利用拉格朗日方法分别对手臂子系统、腿部子系统、头部子系统以及虚拟倒立摆子系统进行动力学分析;结合整体运动学与齐次坐标变换方法,将机体总质量映射为虚拟倒立摆质心总质量,与驱动轮构成虚拟两轮倒立摆。将手臂与腿部的关节状态空间动力学方程通过速度雅可比矩阵转换为笛卡尔状态空间动力学方程,构造加入前馈补偿的比例增益反馈线性化控制器,控制手臂末端执行器与足端到达期望位置;分别构造三个控制器对虚拟倒立摆的平衡、直行与自转功能进行解耦控制。最后,在Webots中进行了平衡仿真、直行仿真、转弯仿真以及身体姿态调整仿真,结果体现了所提方法的有效性。

基于神经网络的移动机器人路径规划方法

针对动态环境下移动机器人路径规划,提出了一种基于递归神经网络的实时路径规划方法。利用神经网络表示机器人的工作空间,每个神经元都只有局部侧连接。目标点位置神经元具有全局最大的正活性值,该活性值通过神经元之间的局部侧连接逐渐衰减地传播到整个状态空间,障碍物及其周围区域神经元活性值则被抑制为零。目标点全局地吸引机器人,障碍物局部地将机器人推开实现避障,从而能够在动态环境下产生最优规划路径。仿真结果表明该方法具有较好的环境适应性和实时性。

基于OpenGL的教育机器人软件系统设计与实现

在中小学教育机器人领域,首次实现了基于OpenGL的综合性三维仿真软件系统。首先介绍系统的设计目标和开发的硬件基础,详尽阐述了基于OpenGL的虚拟现实技术设计教育机器人系统软件,实现教育机器人的虚拟制造、三维作业编辑和仿真,具体展示了系统软件的功能。最后总结了系统工作。

基于中间件的工业机器人软件框架的研究和应用

在国内首次使用中间件技术,面向机车维护工业机器人,设计开发可扩展、升级和移植的软件应用框架。详细介绍了软件框架的设计和实现,包括采用两层结构实现服务器、框架的技术指标、系统CORBA IDL的具体设计和定义。最后规划了今后的研究工作。

不确定环境下移动机器人路径规划算法研究

该文对不确定环境下移动机器人路径算法进行了研究,并提出了一种新算法-基于两点法的模糊控制算法。首先利用两点法求出预设轨迹,然后把预设轨迹上的点作为移动机器人的阶段目标点,再利用模糊控制算法修正移动轨迹,进行路径规划。这样可以简化模糊控制规则的制定,减少模糊控制规则的数目,从而大大提高路径规划的速度。应用该方法进行了避障、道路跟踪等控制实验。实验表明,该算法具有很好的灵活性和鲁棒性。

一种基于激光信息的移动机器人两步自定位方法

提出了一种基于激光信息的移动机器人两步自定位方法.在对扫描数据预处理之后,第一步采用序贯搜索法进行室内环境的直线提取并建立角度直方图,通过角度直方图匹配求取机器人的旋转角度.第二步对角度匹配后的激光数据进行核密度估计,以核相关为基础建立以平移向量为参数的目标函数,并采用BFGS拟牛顿法实现平移向量的求解.实验结果证明该方法能够有效的实现移动机器人的精确自定位.

第13届IEEE先进机器人学国际会议

2007年8月19～26日，本人参加了第13届IEEE先进机器人学国际会议（ICAR）。ICAR由美国IEEE学会的机器人学分会和自动化分会主办，该会议是国际机器人学领域最为重要和最有影响的会议之一，会议论文被日全部检索，会议参加者都是来自世界各国机器人技术领域的著名专家和学者，所提交的报告代表了机器人学研究领域的世界级水平，反映了当前机器人学研究领域的研究趋势和热点问题。

中小学足球机器人系统设计

足球机器人是一个极富挑战性的高技术密集型项目,针对目前市场上现有的足球机器人的不足之处,该文介绍了一种中小学足球机器人系统的设计,旨在研制更加灵活、易用、易学和扩展性强的教育机器人。该文重点包括进攻机器人和防守机器人的硬件和软件系统设计。

多移动机器人编队领航跟随方法研究进展

多移动机器人经过长时间的发展,相关技术和产品已经应用到各个领域。首先对移动机器人进行了概述,由于单机器人难以完成复杂任务,凸显了多移动机器人协同控制技术及其应用的重要地位。其次对编队控制问题进行了描述,介绍了领航跟随者法、基于行为法和虚拟结构法等几种有效的编队控制方法。最后对领航跟随方法的研究进展和所遇问题做出了详细归纳,并展望了编队领航和跟随控制技术未来的发展趋势。研究表明,领航跟随法能够很好的解决多移动机器人编队生成与稳定、编队切换、系统避障和自适应控制等相关问题。

基于开放式结构的系列化教学机器人综述

对基于开放式结构的系列化教学机器人的研究现状和进展情况进行了综述,分析了研究的特点,并对其硬件部分和软件部分作了详细的叙述。提出了研究中存在的、需要进一步的相关问题,针对问题提出了研究重点及未来发展方向。

带有双球面摆和变绳长效应的桥式起重机轨迹规划

带有双球面摆和变绳长效应的桥式起重机具有多输入多输出以及欠驱动的动力学特性,目前仍缺乏有效的控制策略.在台车移动、桥架移动、负载升降同步作业过程中,吊钩和负载两级球面摆动特性更为复杂,各状态量之间的非线性耦合关系更强,桥式起重机的防摆控制更具挑战性.不仅如此,现有方法无法保证桥式起重机系统全状态量的暂态控制性能.为解决上述问题,提出一种基于多项式的优化轨迹规划方法.首先,在未进行近似简化的前提下,使用拉格朗日方法建立带有双球面摆和变绳长效应的7自由度(Seven degree-of-freedom,7-DOF)桥式起重机的精确动力学模型.在此基础上,构造一组包含各状态量的辅助信号,将施加在台车、桥架、绳长以及吊钩、负载摆动上的约束转化为对辅助信号的约束,从而将桥式起重机的轨迹规划问题转化为与辅助信号相关的时间优化问题,并使用二分法求解.该轨迹规划方法不仅缩短了吊运时间,而且确保了全状态量满足约束条件.最后,仿真结果证明了动力学模型的准确性和轨迹规划方法的有效性.

无人驾驶高速4WID-4WIS车辆路径跟踪单点预瞄控制

针对无人驾驶高速四轮独立驱动独立转向(4WID-4WIS)车辆的驱动冗余、强非线性和不确定特性,提出一种基于控制分配和自抗扰控制法的路径跟踪单点预瞄控制方法。首先建立车辆单点预瞄路径跟踪系统的动力学模型。然后构建以控制分配器为核心的控制系统,使用自抗扰控制方法设计单点预瞄解耦控制器;提出目标生成器的类惯性环节算法,讨论其合理性;给出4WID-4WIS车辆路径跟踪控制分配问题的求解方法。最后进行仿真,结果表明所提方法能够实现快速、高精度的双移线圆弧路径跟踪控制。

高速4WID-4WIS自主车路径跟踪控制

高4WID-4WIS自主车采用独立悬挂结构,所有车轮均可独立驱动、制动和转向.对自主车路径跟踪问题进行几何和运动学上的描述,结合Burckhardt非线性轮胎模型建立自主车作路径跟踪运动时的2阶动力学模型.提出自主车进行路径跟踪的协调控制体系结构,利用白抗扰控制方法设计路径跟踪系统纵向速度、侧向位移和横摆角运动3个动力学通道上的解耦控制器,使用非线性规划方法设计基于轮胎模型的控制分配求解器,并讨论了含系统参数误差的控制扰动问题.在大加速度条件下的双移线路径跟踪仿真结果表明,4WID-4WIS自主车能够快速、准确地跟踪路径,证明了本文路径跟踪控制方法的有效性.

车辆加速度自抗扰控制

高性能的加速度控制是先进车辆动力学和主动安全系统的一项关键技术,其实现的难点在于车辆加速度系统存在有强非线性和不确定性,本文为此提出一种基于自抗扰控制(ADRC)的车辆加速度控制新方法.首先建立车辆纵向运动动力学模型,设计面向加速度控制的发动机–制动器间的协调策略.然后分别导出发动机–车辆加速度、制动器–车辆加速度两个动力学子系统的仿射模型,使用线性离散算法设计车辆加速度自抗扰控制器.最后进行仿真,结果表明自抗扰控制方法能够实现快速、高精度的车辆加速度控制.

高速移动平台横向运动自抗扰控制

采用自抗扰控制（active disturbance rejection control，ADRc）方法，对高速轮式车辆和机器人等移动平台的横向运动控制技术进行了研究．首先给出带约束的平台横向运动数学模型，对ADRC进行简要介绍；然后将模型变换为两个仿射型的子系统模型的串联，并针对高速运行要求分别设计两个子系统的ADRC控制器；最后在平台参数摄动和道路扰动的环境下进行仿真．结果表明，ADRC控制器能够在0～40m／s速度范围内控制平台完成平稳和高精度的横向运动．