冗余度机器人扩展作业空间方法算法奇异的研究

本文对冗余度操作机最为常用的求逆解方法——扩展作业空间方法的算法奇异问题进行了深 入的研究．Klein［2，4］及Cho［3，5］提出冗余度机器人采用扩展作业空 间方法必须首先确定由于性能指标函数及扩展Jacobian矩阵所引起的算法奇异在关节空间中 的分布区域，只有这样才能避免方法引起的算法奇异．通过本文对扩展作业空间方法的优化 性能指标函数的必要条件及算法奇异产生的条件的比较及研究，得出了在应用扩展作业空间 方法时，不可能出现算法奇异的情况．因此在应用扩展作业空间方法时无需考虑算法奇异问 题．     

自由漂浮空间机器人回避动力学奇异的轨迹规划

针对非完整约束导致的自由漂浮空间机器人广义雅可比矩阵动力学奇异性问题,提出一种间接求解机器人逆运动学的方案.该方案通过运动方程分解并构造迭代函数,将动力学奇异转换为运动学奇异问题,避免直接求解逆广义雅可比矩阵,解决广义雅可比矩阵动力学参数相关特性问题,仿真结果表明该方法能够有效地实现自由漂浮空间机器人回避动力学奇异的非完整轨迹规划.     

基于奇异值的信源数估计方法

信源数估计是空间谱估计中的重要内容,在估计采用不同的判决准则时,往往需要利用信号协方差矩阵的特征值来进行信源数估计。新算法采用数据矩阵的奇异值分解,通过奇异值建立不同判决准则的判决函数。该算法无需进行协方差矩阵估计,也不需要利用奇异值求解特征值,减少了运算量和估计误差。同时,对数据矩阵进行平滑操作,可以解决信号相干性问题。通过数学推导和计算机仿真,证明了算法的正确性。     

利用协调控制法回避机械手的奇异位形

本文考虑到目前回避６自由度机器人之奇异位形的方法在控制上的不足，将陆震先生１９９０年提出的协调控制法加以推广，该方法能充分利用不定位形的特点回避奇异位形，可以较有效地用于６自由度机器人的控制而不会发生关节速度超限和手部运动偏差，是目前一种较理想的回避奇异方法。     

机器人运动学反解中的奇异点处理

本文研究机器人运动学反解中的奇异点处理问题，给出了机器人微分运动Ｊａｃｏｂｉａｎ矩阵Ｊ（ｑ）条件数的一个上界，并在此基础上提出机器人关节速度阻尼伪逆解方法中阻尼系数的一种自适应调整方法，该方法可以保证在奇异点附近伪逆解的稳定性。     

7自由度机器人的图谱问题

本文在分析、归纳、综合的基础上作出了7自由度机械臂的图谱.包括位置空间、奇异空间、回避障碍和回避奇异等问题.给出了一种普遍适用的方法.并介绍了该方法的使用,对7自由度机器人的结构设计和选型有一定的参考价值.     

柔性关节机操手的神经网络控制

本文在关节柔性较弱的情况下，对柔性关节机器人操作手的轨迹跟踪问题，提出了一种基于奇异摄动理论的机器人神经网络控制设计方法，在一般框架下证明了系统跟踪误差最终一致有界，并且可以通过选取增益矩阵使该误差界任意地小. 该方法克服了对模型参数线性化条件的要求，无需求解回归矩阵，因而具有很强的鲁棒性和模型推广能力. 数值试验表明，所提出的控制方法是可行且有效的.     

机器人操作臂奇异路径约束最优轨迹规划

路径约束最优轨迹规划的关键是引入标量路径参数来降低优化问题的维数 ．当路径穿越奇异点时，由于关节位移难以表示为任务空间路径参数的解析函数，给常规的 路径参数化方法带来困难．本文引入一种新的参数化方法，采用路径跟踪方程解曲线的弧长 为参数，解决了奇异点邻域的路径跟踪问题，把奇异路径轨迹规划转化为常规规划问题，并 采用动态规划方法求解轨迹规划问题．仿真表明，本文提出的参数化方法与动态规划结合起 来，是解决奇异路径最优轨迹规划的有效途径．      

一般阻尼动力系统非奇异摄动法

借助矩阵摄动理论,将模态叠加法运用于一般阻尼矩阵的动力学方程求解结构的动响应是一种较为理想的方法.但当系统的外荷载激振频率接近于系统的固有频率时,直接将阻尼矩阵作为摄动矩阵,会使解产生奇异,并导致求解失败或误差过大,这是因为模态坐标下的动力学方程是无阻尼方程.为了解决这一问题,本文考虑在模态坐标的动力学方程中保留一定的阻尼.即将阻尼做分解,代入振动方程,得到不同阶次摄动方程,再将摄动方程变换到模态坐标,即采用非奇异摄动方法.最后通过数值算例,得到一阶、二阶摄动,将其与精确解进行比较.精度明显得到改善,基本趋于精确解.从而验证了本方法的精确性和有效性.     

奇异系统的输出跟踪在化学反应器中的应用

稳定逆定理在非线性奇异系统中有着非常重要的应用。在微分几何理论的基础上,提出一种非线性奇异系统的稳定逆控制方法。计算出能够映射出期望输出轨迹的参考状态、参考代数变量和参考输入轨迹,并将其作为前馈控制器,然后引入反馈控制达到期望的状态轨迹稳定和输出轨迹跟踪。该方法在气液两相反应器这样一类广泛存在于化工过程中的反应模型中的应用,验证了该方法的有效性。     

一种指纹图像奇异点检测的方法

准确、可靠地检测奇异点(core点和delta点),对指纹分类和指纹匹配具有重要的意义.针对低质量指纹图像奇异点检测中精确定位和可靠性判断的难题,提出了一种检测指纹奇异点的方法.首先,对于一幅指纹图像,在同一分块尺寸下进行多次图像错位分块,并且分别在不同的图像错位分块情况下检测指纹的奇异点,得到区域相对集中的奇异点位置的集合,并计算其质心,以精确地确定奇异点的位置.然后,再在不同的分块尺寸下检测奇异点,并进一步判断上一步所检测到的奇异点的真伪.该方法利用了多次图像错位分块检测的奇异点位置相对集中和各级分块尺寸下检测的奇异点位置相互关联的特性,能够从指纹图像中较精确、可靠地检测出奇异点.在部分典型低质量指纹图像上的实验结果验证了该方法的有效性,对低质量指纹图像具有良好的鲁棒性.     

并联机器人奇异位形分析的几何方法

采用微分几何方法,提出一种针对一般并联机器人的奇异性的分类方法,依据奇异流形 与奇异运动方向的关系,将奇异性进一步区分为一阶奇异性和二阶奇异性,基于二阶奇异点分布 的连续性属性将其中的二阶奇异性进一步分为退化和非退化奇异性,并对退化奇异性的物理含 义进行了分析,指出退化奇异给机构带来的危险性.最后针对冗余驱动的平面二自由度并联机构 进行了分析.     

基于Bayes决策的奇异点检测

针对奇异信号中奇异点的检测和定位问题,提出了一个新的信号奇异点检测方法。根据脉冲奇异点的特点,首先将脉冲奇异点的检测建模为一个分类问题：信号中的脉冲奇异点为一类,非脉冲奇异点为另一类。然后,基于Bayes决策和Neyman-Pearson准则,在限定脉冲奇异点漏检概率的情况下,导出了两类点之间的分界面。据此设计了一个新的脉冲奇异点检测方法--基于Bayes决策的脉冲奇异点检测(BDPSD)方法。模拟及真实信号上的实验结果表明,与基于小波变换的模极大法相比,BDPSD方法在检测质量和定位精度方面都有很大的改善,证明BDPSD是一个有效、可行的信号奇异点检测方法。     

一种基于多级分割的指纹奇异点检测新方法

针对指纹图像奇异点检测中奇异点精确定位和可靠判断的难题，提出了一种基于多级分块尺寸的指纹奇异点检测新方法。首先，对于一枚指纹图像，在不同的分块尺寸下分别采用平滑和不平滑的方法进行指纹方向场的估计。然后，根据估计的指纹方向场信息进行指纹奇异点检测。接着，利用不同情况下检测的指纹奇异点位置相互关联的特性，进行指纹奇异点的精确定位、可靠判断。最后，在具有2500枚指纹的NJU 2000指纹数据库上的实验结果验证了该方法的有效性。     

小波变换用于催化剂表面图象的局部特性分析

文中讨论了催化剂表面ＳＥＭ图象关于多重分形生长过程的局部奇异性分析，通过小波变换获得的局部奇异强度，比描述整体的单一分形维数和奇异谱，能提供更加准确的Ｈｏｌｄｅｒ指数绝对值和空间定位，用奇异强度直方图描述了图象上分形测度的分布，进而确定了催化剂表面活性区域的分布。     

Task reconstruction method for real-time singularity avoidance for robotic manipulators

The kinematic (KS) and algorithmic singularities (AS) in controlling robotic manipulators have been investigated intensively because they are not predictable or difficult to avoid. The problem with handling these singularities is an unnecessary performance reduction in the non-singular region and the difficulty in performance tuning. In this paper, we propose a method of avoiding KS and AS by applying a task reconstruction approach while maximizing the task performance by calculating singularity measures. The proposed method is implemented by removing the component approaching the singularity calculated by using a singularity measure in real-time. The outstanding feature of the proposed task reconstruction (TR) method is that it is based on a local TR as opposed to the local joint reconstruction of many other approaches. This method has a dynamic task priority assignment feature which ensures system stability under singular regions due to the change of task priority. The TR method enables us to increase the task controller gain to improve the task performance, whereas this increase can destabilize the system for conventional algorithms in real experiments. In addition, the physical meaning of tuning parameters is very straightforward. Hence, we can maximize task performance even near the singular region while simultaneously obtaining the singularity-free motion. The advantage of the proposed method is experimentally tested by using a 7-d. o. f. spatial manipulator and the result shows that the new method improves the performance several times over the existing algorithms.     

A Note on Some Phase Differencing Algorithms for Disparity Estimation

Disparity can be estimated from the local phase differences between a pair of stereo images after Gabor filterings. In this paper, some phase differencing algorithms are discussed from the point of view of numerical computation. They are all categorised as certain types of Newton iterations, hence are restricted by the preconditions of Newton iterations. Furthermore, a numerical sensitivity analysis is made for phase computation near its singularity points without referring to any specific filtering method. It makes clear that the numerical instability has its roots in the singularities of the phase functions themselves rather than in their derivatives, therefore severe errors cannot be properly reduced by Newton iterations. Hence, the singularity problem must be carefully treated for any disparity estimation using phase differencing techniques. In the case of foveal vision, such as target detection or vergence control, the central parts of scenes are of interest. A shift-trials algorithm is proposed to contain the effects of singularities instead of relying on detection and removal of singularity neighbourhoods through local computation. This algorithm directly tackles the singularity problem by posing the local disparity estimations as a minimisation of the phase differences of the left and right views in terms of a global matching residual norm. By a direct search for solution, no numerical derivative is needed, phase singularity can be tolerated and robust results are thus produced.     

一种基于多分形奇异谱的噪声奇异性分析新方法

在介绍了噪声中的奇异性以及其全局奇异性的表征方法——多分形奇异谱的基础上，提出并实现了一种基于子波分解模极大的计算噪声多分形奇异谱的方法，通过对仿真信号验证，证明了该方法准确可靠。在对实测信号分析中，也发现该方法得到的多分形奇异谱比功率谱更能充分刻画噪声信号的特性。     

A real-time impedance-based singularity and joint-limits avoidance approach for manual guidance of industrial robots

This paper studies real-time manual guidance considering singularity and joint-limits avoidance using impedance control in an industrial scenario. The operator is responsible for keeping the end-effector (EE) away from the robot’s singularity and joint-limits. The proposed approach detects the singularity and joint-limits in real-time. Then, virtual stiffness and damping are added to target stiffness and damping as the robot is getting close to the singularity or joint-limit. A criterion is presented for detection of singularity by combining manipulability ellipsoid and condition number. Also a new joint to Cartesian space transformation is formulated in order to convert joint stiffness and damping to Cartesian stiffness and damping for joint-limits avoidance method. The presented approach is applied on a SCARA robot. An experiment is performed in this paper to investigate singularity and joint-limits avoidance separately as well as together. Increase in stiffness and damping warn the operator of the possibility of singularity or joint-limits allowing the operator to changes the EE path. The proposed approach, eliminates the need for a robotics expert by allowing any operator with no knowledge about robot singularity and joint-limits to interact and teach the robot in a safe, real-time and time-saving manner.