基于动态运动基元的微小型四旋翼无人机路径规划

针对微小型四旋翼无人机的路径规划问题,引入运动学习框架,提出了一种基于动态运动基元的路径规划方法。该方法通过对给定运动样本的学习提取出运动基元,并将学习结果推广到新的飞行目标,从而泛化出相应的运动轨迹。有障碍物的情况下,在已有学习基础上通过设计耦合因子规划出避障路径,然后将规划的轨迹点集提供给微小型四旋翼无人机完成路径跟踪飞行任务。该路径规划方法的可行性通过微小型四旋翼无人机不同目标点的飞行任务仿真得到了验证。仿真实验还验证了该方法在三维空间进行有效避障的性能。     

基于动态运动基元的移动机器人路径规划

针对二维环境下移动机器人路径规划问题,提出一种基于动态运动基元(DMPs)的路径规划方法。该方法首先用手柄来控制机器人,记录机器人的运动轨迹,然后将记录的轨迹作为DMPs算法的学习样本,利用轨迹样本进行训练获得DMPs算法的模型参!,从而实现机器人的路径规划。当运动环境中有障碍物时,在已有学习基础上通过设计耦合因子规划出避障路径,在此基础上,改变机器人运动的目标位置,可以完成对新目标的泛化推广。仿真和实验结果表明,DMPs算法在移动机器人路径规划上具有可行性。     

满足不同任务需求的服务机器人系统设计

随着机器人技术的发展,服务机器人已经进入人们的生产生活。根据需求的不同,服务机器人的功能有搬运、引导和巡检等,而一些重要的场合需要机器人执行多种任务。本文设计了一种满足不同任务需求的服务机器人,利用多传感器融合的即时定位与地图构建(SLAM)方法实现机器人自主定位和巡逻;利用神经网络与点云聚类算法相结合识别和定位物品,并控制机械臂抓取;将改进的局部路径规划方法与全向轮底盘相结合实现机器人自主避障。本文模拟医院场景搭建了测试环境,机器人能够完成自主巡逻、自主避障、接收语音指令、到指定地点取药并送至指定病房,验证了系统的可行性。     

RRT与人工势场法结合的机械臂避障规划

针对人工势场法在工业机械臂避障路径规划中容易陷入局部极小值的缺陷,利用改进的快速扩展随机树(rapidly-exploring random tree,RRT)算法与人工势场法结合进行避障路径规划。首先,利用人工势场法进行局部路径规划,当陷入局部极小值时,使用改进的快速扩展随机算法自适应地选择临时目标点,使搜索过程跳出局部极小值点;当机械臂逃离局部极小值点时,切换回人工势场法进行规划。该算法不仅能够实现工业机械臂末端执行器的避障,同时能够防止杆端与障碍物产生碰撞,最终到达目标点。仿真实验表明,该方法实现简单,能够适应环境的变化,在复杂的环境下依然有效,满足机械臂避障的要求。最后,通过进行实际实验表明了实际与仿真实验的一致性。     

基于TSA*算法的双机械臂协同避障规划方法

提出了一种基于时序A*(TSA*)算法的双机械臂路径规划方法。针对A*算法在高维环境下计算时间急剧增加的问题,引入期望步数Fs避开无效节点,减少计算工作量;在高维空间搜索时,因open表急剧变大导致维持open表最小二叉堆结构的时间大幅增加,通过对open表进行拆分,进而降低维持open表结构的时间消耗。主臂在静态环境中进行避障路径规划,从臂以主臂为已知动态障碍物进行路径规划。在规划从臂时,通过运动等待策略实现从臂自动做出等待决策。经过仿真实验对比,验证了该算法的有效性和可行性。     

基于自适应VFH算法的移动机器人避障规划

向量场直方图(VFH)方法具有对传感器误差不敏感以及响应速率快等特点而广泛应用于移动机器人的运动避障问题。该方法将各方向的障碍物信息量化为强度值,并以设定的阈值判断可行性。而不同的阈值会造成机器人避障效果的差异,对不同任务环境的适应性较差。本文针对传统VFH方法的阈值敏感性问题进行改进,提出一种自适应阈值调整策略,通过构建阈值评价函数,结合环境信息对候选方向范围内每组阈值进行代价分析,实时地选取适于当前运动的阈值,使机器人能够自主完成避障。为验证算法的有效性和可靠性,设计模拟障碍物的场景并进行对比实验。结果表明,采用改进自适应阈值策略的VFH算法,能够改善传统算法对阈值敏感的问题,能保证机器人可以在狭窄通道中以较短的无碰撞路径到达目标位置。     

基于改进卷积网络的无人驾驶汽车动态避障路径规划方法

为了提高无人驾驶汽车动态避障的成功率,实现路径最优规划目标,本文引入了改进卷积网络,并开展了基于该网络的无人驾驶汽车动态避障路径规划方法研究。首先,建立了精确的汽车运动学模型,以描述无人驾驶汽车在行驶过程中的运动学特性。其次,对道路障碍物目标位置进行检测,连续获取道路动态障碍物目标的信息,预测障碍物未来的位置和速度。最后,在此基础上,利用改进卷积网络计算了无人驾驶汽车动态避障路径损失函数,评估了规划避障路径与实际目标路径之间的差距。同时,辅助人工势场法求解势能的最小值,得到了汽车避障路径。试验结果表明,应用本文提出的规划方法后,在6个车道上,无人驾驶汽车的动态避障成功率始终高于另外2个对照组,均达到了99%以上,可以有效地识别障碍物并进行避障。     

基于幅值调整法的蛇形机器人避障研究

设计了蛇形机器人及其双向被动轮地面接触机构,给出了相应模块单元工程实现的技术路线,测试了该机器人系统在具体环境中应用蛇形曲线公式参数α完成蜿蜒运动的性能及结合幅值调整法实现转弯的功能.应用红外传感器来感知障碍物的几何特性.针对不同尺寸障碍物采用绕障蜿蜒运动行进策略或顺障蜿蜒运动行进策略实现避障功能.该工作为蛇形机器人实用化提供技术储备.     

基于引力势场的包装机器人自动避障控制方法

目的 为解决自动化包装机器人机械手受到障碍物影响导致避障效果较低的问题,提出自动化包装机器人机械手自主避障方法.方法 建立自动化包装机器人行走轨迹运动模型,计算其线速度和角速度,完成自动化包装机器人的运动学分析;利用相邻2个自动化包装机器人之间的引力势场,计算自动化包装机器人所受的合力;设置自动化包装机器人机械手自主避障的状态方程,设计自主避障算法;结合自主避障流程,实现自动化包装机器人机械手的自主避障.结果 在U型障碍物路段和H型障碍物路段中设计了对比实验,实验结果表明,提出的自主避障方法无论在哪种类型路段,自动化机器人的工作效率都在75％以上,具有较好的避障效果.结论 适用于自动化包装机器人的机械手避障,为自动化包装机器人的研究提供参考.     

Path planning in multiple obstacle areas for omni-directional mobile manipulators based on the APFIGA

为解决机器人在多障碍区的路径规划问题,提出了一种基于由遗传算法改进的人工势场法(APFIGA)的全方位移动操作机器人路径规划方法.该规划方法通过在可穿越的障碍区添加障碍物穿越系数来鼓励机器人走捷径,进而提高其路径优化能力;利用当前点邻域内势场强度信息,结合遗传算法确定全方位移动操作机器人的运动方向及速度,并引入机器人速度及移动障碍物速度的影响,得出势场强度下降最快的路径,提高方法的动态环境规划能力.该方法能克服机器人在障碍物附近易于抖动的现象,通过在斥力势中添加与目标距离成正比的系数项解决目标不可达问题,并利用填平势场跳出局部极小.仿真与实物实验结果验证了所提出路径规划方法的正确性和有效性.     

浅析无人机自动避障系统

<正>随着无人机技术的发展,无人机广泛应用于军事和民用的各个领域,自主飞行控制及避障能力是保障无人机安全飞行的前提条件,因此自动避障成了无人机自动化或智能化的关键所在。所谓无人机"自动避障"系统(Obstacle Avoidance),就是无人机飞行器在自动飞行的过程中遇到障碍物时,通过在线测量的方式自动识别、有效规避障碍物,达到安全飞行的系统。目前主要的无人机自动避障系统包括超声波、TOF、视觉图像复合型技术三种。     

液压驱动机械臂的设计与关节驱动分析

设计了一种新型六自由度串联机械臂,并提出了基于液压摆动缸的机械臂驱动关节控制方法。机械臂驱动关节由两个输出轴相互垂直的液压摆动缸提供动能,驱动形式采用闭环液压驱动,闭环控制系统由上位机、信号控制卡、电位传感器等组成。建立了该机械臂的三维模型,应用D-H方法对其进行了运动学建模和正向运动学分析,最后对基于液压摆动缸的机械臂驱动关节控制方法进行了实验分析,得出了机械臂关节运行速度与脉宽调制(PWM)调速占空比的关系,根据实验结果得出了相应的运动曲线关系,为串联机械臂位置控制、运动路径控制研究提供了基础。     

基于相位调整法实现蛇形机器人避障功能的研究

为了提高蛇形机器人在实际环境中的实用性,研究了蛇形机器人的避障功能,并提出了一种基于相位调整的蛇形机器人避障方法。该方法用安装在蛇形机器人头部的红外避障传感器模块检测前方是否有障碍物,若有障碍物,则用相位调整法改变蛇形机器人每个关节的步态相位来控制蛇形机器人的蜿蜒运动以实现转弯,从而避开障碍物。而且应用红外传感器来感知障碍物的几何特性,若感知到大型障碍物,机器人蜿蜒运动行进采用顺障策略实现避障功能,若感知到小型障碍物,采用绕障策略。该研究可为推进蛇形机器人的实用化提供技术储备。     

ARM的桥梁检测车安全监控系统设计与实现

针对桥梁检测车机械臂视频监控系统不能全角度监控的问题,设计了一款以动画模拟机械臂动作的安全监控系统.以三关节8自由度桥梁检测车机械臂为研究对象,建立空间运动数学模型,利用关节空间定位信息,将轨迹转化为状态,并将机械臂的力矩与门限比较,处理器把信息反馈给图形处理模块和报警系统,从而使系统达到实时、准确、智能化.经实验测试证明,该系统稳定、可靠.     

基于遇障速度法足球机器人的路径规划

提出了机器人在动态环境下的路径规划方法。这种方法基于机器人运动速度信息制定的避障策略。通过遇障速度的几何变换产生可达避障速度，从而确定运动路径上潜在的障碍物。同时，还推导了机器人路径搜索树网格算法。足球机器人仿真比赛表明，这种方法适用于动态和静态障碍物的避障。     

漂浮基柔性空间机械臂关节运动的分块神经网络控制及柔性振动模糊控制

讨论了载体位置不受控、姿态受控情况下,漂浮基柔性空间机械臂关节运动及柔性振动主动抑制的控制问题。由系统动量守恒关系及假设模态法,利用拉格朗日方法建立了漂浮基柔性空间机械臂的系统动力学方程。之后采用奇异摄动理论,将其分解为表示刚性运动的慢变子系统和柔性振动的快变子系统。据此,设计了柔性空间机械臂系统载体姿态及机械臂关节铰协调运动的组合控制器。针对慢变子系统——柔性空间机械臂的刚性运动,设计了分块神经网络控制器,以完成系统参数未知情况下关节空间协调运动的轨迹跟踪;而对于快变子系统——柔性臂的振动,则设计了模糊控制器来主动抑制柔性杆的振动。数值仿真证实了提出方法的有效性。     

空间机械臂碰撞过程的模糊无模型自适应振动控制EI北大核心CSCD

空间机械臂在执行操作任务时会面临碰撞问题,例如主动捕获或被动碰撞均会引起机械臂瞬时动量急剧变化,机械臂杆弹性振动加剧,轨迹跟踪精度降低,甚至会导致空间机械臂系统失稳。空间机械臂是一种非线性、强耦合的复杂系统,尤其是对于碰撞过程,很难实现系统精确建模。为实现对空间机械臂碰撞过程的振动抑制,提出了模糊策略与无模型自适应控制相结合的模糊-无模型自适应控制(fuzzy model-free adaptive control,Fuzzy-MFAC)方法。基于臂杆振动位移响应和关节角速度误差设计模糊策略,对无模型自适应控制中步长因子与权重因子进行在线自整定,解决传统无模型自适应控制对于参数初值敏感的局限性,实现了对空间机械臂碰撞过程中的振动自适应控制。仿真试验结果表明,Fuzzy-MFAC方法相较于传统无模型自适应控制算法振动响应衰减速度提高了34%,振动幅值降低了42%,验证了该方法的有效性。     

智能自动避障小车设计

本文介绍了一种智能自动避障小车的设计方法,采用8位单片机STC80C51对直流电机控制,通过I／O输出的脉冲作为直流电机的控制信号,同时采用红外传感器检测前方的障碍物并通过相关程序实现避障功能,用汇编语言实现其设计。     

动态二叉树表示环境的A*算法及其在足球机器人路径规划中的实现

提出采用二叉树表示二维空间的方法，对全局路径规划和局部路径规划进行综合考察，设计移动机器人在复杂环境下对动态障碍物进行避障的A算法，在足够机器人系统中进行仿真，将二叉树动态地表示球场的机器人与目标对角线的矩型环境，使搜索范围随搜索进程动态地减少，实现了路径规划的整体优化。     

蛇形机械臂的机构设计与关节驱动分析

考虑到蛇形机械臂相比于传统六轴机械臂在运动灵活性和避障性能等方面具有明显优势,选择蛇形机械臂进行了研究。为了使其适应各类非结构化环境,给出了一种基于绳索驱动的设计方法,并用等效转轴描述方法建立了蛇形臂运动学模型,进行了静态逐模块受力分析。机械臂各模块之间串联连接,采用绳索驱动方式实现机械臂全驱动。在静态逐模块受力分析中,考虑了绳索所受摩擦力的影响,并引入了一种优化函数,分析了关节驱动绳索的牵引力大小,从而对绳索驱动位移伸长量进行补偿。同时,建立了基于CAN总线的闭环控制系统,提高了关节姿态准确度。最后,在ADAMS仿真环境中进行运动学仿真,通过与理想位姿的对比验证了位移补偿方法的可行性,并通过样机试验验证了控制系统的有效性。