融合改进A^(∗)算法与动态窗口法的机器人避障研究北大核心CSCD

针对机器人在全局未知环境的路径规划中无法进行实时动态避障的问题,提出一种将改进的A^(*)算法与动态窗口法融合的机器人避障方法。首先将传统A^(*)算法3×3搜索领域扩展至5×5搜索领域,并将16个搜索方向进行取舍至9个,同时优化启发函数,通过优化时间复杂度来提升A^(*)算法搜索效率;然后进行冗余节点移除操作,剔除机器人路径中的多余拐点和共线的点;改进后的A^(*)算法较传统A^(*)算法平均减少了65.805%的路径规划时间和4.967%的路径长度。最后将改进的A^(*)算法与动态窗口算法进行结合,使得机器人具有动态避障能力,且保证机器人在局部避障的过程中得到全局路径规划的最优解。     

基于改进A^*势场法的机器人动态路径规划研究

针对人工势场法在路径规划中出现的目标点不可达、转折次数多及路线较长的问题,提出了一种动态环境下移动机器人全局路径规划的改进A^*势场算法。首先采用A^*算法在已知静态环境中进行全局最优路径规划,当移动机器人进入动态障碍物影响范围ρ0时,引入相对速度势场对人工势场法进行改进,进行局部动态路径规划,追踪沿A*路径运动的虚拟动态目标直至回到原路径,完成到达目标点的路径规划。将该算法与人工势场法通过MATLAB进行路径规划仿真比对,结果验证了该算法的可行性,并且有效减少了路径的震荡和累计转角,同时明显缩短了全局路径距离。     

基于改进RRT*FN算法的机械臂多场景运动规划

针对固定节点数的渐进最优快速扩展随机树(RRT*FN)算法精度低、对环境缺乏适应性等问题,提出了一种改进RRT*FN的机械臂运动规划算法。在迭代过程中,结合目标偏向随机采样和椭球子集采样的优势,构造新的启发式方法对采样区域进行约束,从而保证搜索路径更优。在扩展节点时,配置树中总节点数的预设值,并通过加权方法对树中叶子节点进行删减,避免了树规模的无限增长。在动态环境下,采用对节点剪枝与连接的启发式重规划方法,有效提高了对动态环境的适应能力。实验结果表明,该算法在规划过程中收敛速度更快,效率更高,具有较强的环境适应性。     

机械产品模型自动装配动画的研究与实现

对产品自动装配动画关键技术进行了讨论,分析现有的序列规划方案后采用交互式规划方法进行序列规划.在装配路径规划方面提出了基于A* 搜索算法的动态步长扩展算法,减少了扩展次数,提高了算法效率.并时整个装配过程用关键帧动画进行动态显示,最后给出了一个车架模型的装配动画工程实例.     

平滑ARA~*算法在智能车辆路径规划的应用

A~*算法是一种经典的启发式搜索算法,广泛应用于智能车辆的路径规划问题。但A~*算法效率低,不具有实时性。针对A~*算法的缺点,改进得到一种高效、实时的路径搜索算法ARA~*,ARA~*算法首先在一个松弛的约束条件下快速搜索到一条次优路径;然后在规划时间内逐渐加强约束条件,利用已搜索过的节点信息连续改进次优解,直到找到最优解或规划时间结束。其次,针对ARA~*算法得到的路径存在折线多、转折次数多等问题,对ARA~*算法得到的路径进行基于关键点的平滑处理。给出了平滑ARA~*算法流程,分析对比了各自的特点,通过栅格地图路径规划的MATLAB仿真结果验证了理论分析,同时仿真结果也说明平滑ARA~*算法的高效性、实时性。     

基于改进 A∗ 算法与动态窗口法融合的 机器人随机避障方法研究

针对机器人在存在随机障碍物环境中采用A~*算法规划路径会出现碰撞或路径规划失败的问题,提出了一种将改进A~*算法与动态窗口法相融合的机器人随机避障方法。在改进A~*算法中,首先优化了搜索点选取策略和评价函数,提高了A~*算法的搜索效率;然后提出冗余点删除策略,剔除路径中的冗余节点,并在每两个相邻节点间采用动态窗口法进行局部规划,确保在全局最优路径基础之上,实时随机避障,使机器人顺利到达目标点。实验结果表明,改进A~*算法较传统A~*算法平均可减少4.39%的路径长度和65.56%的计算时长,融合动态窗口法后,能在全局路径基础上修正局部路径,实现随机避障,验证了该算法的有效性。     

基于方向选择的移动机器人路径规划方法

针对快速行进树算法(FMT^*)在逐层递归扩展中产生的冗余探索问题,提出一种基于方向选择的快速行进树算法(DS-FMT^*)。该算法首先对拟扩展样本的四周产生均匀分布的方向选择线,判断周围的障碍物情况并选择有利于扩展的方向作为候选探索方向。随后将拟扩展到下一样本的实际探索方向与候选探索方向做比对,若实际探索方向与候选探索方向夹角一致,则优先考虑扩展该方向的样本。同时,结合样本的成本对比,改进FMT^*递归扩展过程,降低了计算复杂度。最后,将所提出的DS-FMT算法与其他同类算法进行仿真比较,证明了DS-FMT^*在保证路径良好质量的同时,提高了规划效率。通过移动机器人路径规划的实际应用实验,验证了所提算法的有效性。     

基于稀疏节点快速扩展随机树的移动机械臂运动规划

针对传统移动机械臂运动规划未考虑停靠误差、规划效率低等问题,提出一种基于稀疏节点快速扩展随机树的移动机械臂运动规划方法。研究了停靠误差对移动机械臂运动规划的影响,制定了基于坐标转换的误差补偿措施。针对快速扩展随机树算法在局部空间中过度搜索的问题,改进回归过滤机制,避免了节点重复扩展。考虑边界节点的有效性,提出了随机点边界扩展机制以缩短碰撞检测时间。实验结果表明所提方法提高了运动规划效率。     

基于视觉的平面关节机器人避障路径规划

针对平面关节机器人工作平面相对固定的特性，利用相机获取工作平面的环境信息。从图片构建地图信息的过程中，提取障碍物轮廓作为障碍物栅格，并将世界坐标下的安全距离映射为像素坐标下的安全像素距离，再将轮廓曲线沿法向向外扩展安全像素距离得到完整的地图信息。考虑到传统A*算法搜索的路径存在冗余节点会对后续机器人的速度规划带来较大的困难，利用改进的A*算法，剔除了路径上的冗余节点，减小了速度规划的复杂度；同时，障碍物轮廓已被扩展安全像素距离，保证了路径搜索过程中节点到障碍物的最小距离，实现了安全距离可控的避障路径规划。     

基于运动约束的移动机器人路径规划

针对A^*算法路径规划中存在的转折冗余、安全性低、不符合移动机器人非完整约束模型等问题，提出一种基于运动约束的路径规划算法。首先，通过挪移处理使A^*算法规划的路径点适度远离障碍物。然后，剔除无障碍路径点间节点，获取路径必经转折点。最后考虑机器人运动约束，以转折点位姿为局部目标，引导混合A^*二次规划路径。实验结果表明，改进算法比传统A^*算法提高了65%的安全距离，无冗余转向，路径具有位姿连续性，可以保证机器人的平稳、高效、安全的移动。     

传统机床与Free-Form型机床运动的等效转换

给出了基于空间坐标系变换把普通铣齿机调整参数转换成Free form型机床调整参数的原理与方法。在两种机床坐标系下保持刀盘相对工件的运动关系不变 ,通过耦合两种机床下的坐标系使两种机床的运动关系完全等效 ,由此原理推出了普通铣齿机向Free form型机床转换的显式转换公式 ,该公式适用于任意一种传统的加工方法和机床。最后通过实例 ,利用TCA进行了分析验证。本文提出的转换方法概念清晰 ,转换简单 ,不会引起转换误差 ,是一种针对两类机床完全等效的转换方法。     

基于DSP的空间相机像移速度计算的研究

为了精确匹配地物运动在空间相机像面产生的像移,实现了以WGS-84坐标系下航天器位置向量及速度向量,航天器轨道坐标系下姿态角及姿态角速率作为输入参数的像移速度计算方法。首先,在原有像移速度计算模型的基础上选取了惯性坐标系,降低了求解轨道倾角和降交点经度的复杂性。并通过球面几何的余弦定理直接求解航天器与降交点相对地心夹角的余弦值,避免了原像移速度计算模型中通过判断卫星飞行方向和星下点纬度来求解航天器与降交点相对地心夹角的余弦值的过程。接着,将星下点的经度和纬度与FLASH地址有机的联系在一起,避免了访问高程数据时繁琐的查表过程。然后,通过分析像移速度残差对相机MTF的影响,评估了像移速度计算模型的可行性。最后,在TI的DSP上实现了像移速度计算的整个过程。分析及实验结果表明,像移速度计算残差为1.5‰,引起的相机MTF下降为1％,像移速度计算时间小于2ms。满足空间相机对像移速度的计算精度和计算时间的要求。     

三辊行星轧机的数学模型建立

借助蜗杆传动的啮合原理,按照轧辊与轧件的相对安装位置和运动关系建立研究坐标系,经过适当的坐标变换,建立了三辊行星轧机的数学模型,求得轧件的表面方程。     

机动车载快速反射镜激光指向修正量的解算

为了提高机动车载跟瞄发射系统的瞄准精度,提出在其发射光路中引入快速反射镜来修正发射激光的方向。研究了快速反射镜激光指向修正量和粗红外跟踪脱靶量以及反射镜空间实时绝对角度的关系,结合激光发射光路和红外跟踪光路的结构特点,提出了将船摇坐标变换理论应用到快速反射镜激光指向修正量的解算中。建立了快速反射镜激光指向修正量与粗红外跟踪、快速反射镜空间位置的关系,并通过MATLAB编写了M函数,建立了SIMLINK仿真模型。基于仿真模型得出了激光指向修正量与快速反射镜转角的关系数据以及在快速反射镜工作范围(±6′)内的简化公式。试验结果表明:该解算算法正确,解算精度较高,最大静态解算误差为2.9″;载车在三级公路上以20km/h的速度跑车时,激光指向的控制精度为方位角11.65″、俯仰角15.38″,均满足项目指标要求。     

机电集成传动蜗杆的径向磁场分析

以机电集成超环面传动理论为基础,利用电磁学理论知识,通过空间坐标变换原理,研究分析了机电集成超环面传动蜗杆外部磁场计算,得到了在直角坐标系和径向坐标系间的变换矩阵,推导出了在径向坐标系下磁感应强度的计算公式。利用公式对蜗杆不同截面上的磁感应强度进行了分析、计算,并同直角坐标系下的相应结果进行了对比。实验结果证实了理论分析的正确性。     

图书自动小车避障功能的设计

为了实现自动小车在书库内的避障功能,应用虚拟力场法建立了避障模型,描述了目标点的虚拟引力和障碍物的虚拟斥力之间的关系及其功能设计,实现了从自动小车的运动坐标值到控制量的转变,完成了自动小车在多变的周边环境中实现自动避障的功能.     

四元数矩阵在航天相机像面位置求解中的应用

研究了四元数矩阵在航天相机像面位置求解中的应用.提出了一种功能等同于齐次旋转变换矩阵的改进的四元数变换矩阵,并依据多体系统理论,利用改进的四元数变换矩阵和齐次坐标变换矩阵两种方法推导出了对应于地面景物的两种航天相机的像面位置模型,阐述了利用四元数实时求解的算法来获得各像点的像面位置的实时解的方法.同时对这两种求解方法进行了计算机模拟.结果证明,利用改进的四元数变换矩阵方法的求解速度比利用齐次坐标变换矩阵的方法快一些.     

动平衡校正系统的研制

对旋转机械进行动平衡测试时,采用目前比较普遍的影响系数法等算法得到不平衡量的大小和相位后,为了使被平衡部件恢复到预定精度的平衡状态,必须对其进行校正.文中介绍了几种应用性很强的动平衡校正方法,包括去重法、配重分量法、附加动平衡盘法.并采用VB程序设计语言,开发出一套基于这几种算法的动平衡校正系统.     

可行区域视觉感知的一种设置方法

提出了一种在ROI（Region Of Interest）即感兴趣区域中建立搜索窗口的新的车道识别算法，使其能够更好的处理非理想路况的各种不确定因素，并建立实时动态的搜索带，除了能更精确的追踪车道标志线之外，还能更好的应用于弯路路况。由于ROI的建立，整个识别过程的计算量大大降低。因此更适合实时要求。     

三坐标数控磨床加工直纹面的刀位计算

提出一种用三坐标数控磨床加工直纹面的刀位计算方法,这种方法利用基于曲面的“点－向量”（point-vector)法用一系列小平面逼近直纹面,通过将工件坐标系旋转和平移使这些小平面依次与砂轮表面重合,然后对相关节点和矢量进行坐标变换,可以计算出床床的3个轴在相应位置的绝对坐标和相对坐标,应用这种方法,作者成功地解决了一个实际工程问题。