基于单目视觉的无人机自主跟踪降落研究

无人机对地面运动物体的跟踪研究一直是无人机自主控制领域重要的研究方向。以四旋翼无人机为平台,设计了无人机对地面目标的自主降落跟踪系统。在无人机上搭载单目相机获取地面移动机器人的图像信息,同时搭载的计算机实时计算获取地面移动机器人的运动状态数据,然后反馈给无人机运动控制系统,完成对地面移动机器人的跟踪。实验表明,该系统可以进行稳定的地面运动物体跟踪。     

沙地环境下椭圆型腿运动特性实验研究

对移动机器人来说,适应复杂环境是相当重要的.椭圆型腿结合了轮式和腿式的优点,具有椭圆型腿的移动机器人在地面运动中有很好的运动性能,但椭圆型腿与地面的动力学还没有深入的研究,尤其是椭圆型腿在松软沙地介质的通过性.主要介绍椭圆型腿在沙地介质中运动性能的研究实验平台的设计,同时对其运动性能进行分析.通过对移动平台重心起伏、周期步长、前进速度和推进效率的分析,为椭圆型腿的优化提供实验依据.椭圆腿的足地实验对椭圆型腿的优化设计和移动机器人的控制有重要意义.     

一种足式移动机器人的混合视觉伺服控制方法

针对一种配有单目相机的足式移动机器人,提出一种基于图像单应性的混合视觉伺服方法,利用单应性矩阵中的元素构造状态变量估计估计机器人相对位姿,使机器人在缺乏深度信息的情况下可准确到达目标位姿。相较于轮式移动机器人,在足式机器人移动过程中,足式机构的间歇性运动直接影响机器人视觉反馈过程和伺服控制系统的准确性和稳定性。为解决这一问题,通过分析足式机构运动学并建立足式机器人移动速度与电机转速的映射关系,使控制器可以更准确地调整机器人运动速度。考虑到足式机构运动对视觉反馈环节的影响,提出一种改进型自适应中值滤波算法提高位姿估计精度。伺服环节设计了滑模控制器,并采用李雅普诺夫方法证明了控制系统的稳定性。最后,利用CoppeliaSim软件搭建足式移动机器人虚拟模型,通过仿真验证了所提出控制方案的可行性与有效性。     

基于四旋翼驱动的两栖机器人设计与分析

传统的移动机器人往往只具有单一的运动模式,因此环境适应能力较弱。从提高移动机器人的环境适应能力角度出发,设计了一种新型两栖移动机器人。首先描述了该机器人的机械结构与控制及传感系统,并阐述了机器人通过对4个旋翼的转动速度和方向进行配置,从而实现其在空中飞行或在地面滚动的运动学原理。然后通过牛顿第二定律与欧拉方程对机器人进行了动力学建模,所得的动力学模型同时适用于机器人的空中飞行和地面滚动。最后通过试验验证该两栖机器人能够实现预期的两种运动模式,以证实其能够提升传统的移动机器人的环境适应能力。     

多运动模式移动机器人的可变形轮腿运动学分析

提出了运用变形关节将腿式与轮式两种运动方式相结合的一种多运动模式新机构,构建了多运动模式移动机器人的可变形轮腿坐标体系,分析了可变形轮腿的运动学特性,建立了其运动学模型,并进行了求解,应用计算机仿真技术对运动学进行了仿真验证,表明该机构不仅可以平稳移动,提高了移动速度,而且大大增加了多运动模式移动机器人对复杂地面的适应能力.     

一种轮腿式变结构移动机器人研究

提出一种新型的轮腿式变结构移动机器人.将四足哺乳动物腿式运动方式与轮式机构相结合,实现了轮式、腿式、轮腿结合等多种运动模式.在对机械本体结构分析的基础上,阐述了各种运动模式的运动学模型和步态生成方法.开发了主控计算机人机交互系统和基于ARM和DSP的嵌入式运动控制系统,采用无线以太网建立控制、反馈通道,实现了机器人的遥控/半自主运动控制.实验表明该机器人具有较强的非结构环境适应能力.     

多移动机器人协同模式及其倾翻稳定性研究

针对山地果园单个移动机器人爬坡能力不足及稳定性差等问题，提出了一种多移动机器人协同操作的方法。在原有六足机器人结构的基础上增加了用于多机协同操作的连接件，得到了用于多机协同操作的机器人单体。将3个六足机器人单体通过协同操作得到了3种典型协同模式：串行模式、并行模式、三角模式。最后采用稳定锥法对足式移动机器人系统的单体模式及3种典型协同模式在6种典型地形情况下的静态、动态稳定性分别进行了分析。理论分析及仿真实验结果表明：3种典型协同模式间可进行两两切换；在6种典型地形情况下，通过多机协同操作及协同模式切换的方式可提高足式机器人系统的稳定性。     

具有避障功能的小型地面移动机器人

针对在危险环境下对移动机器人的运动要求,设计了一种简易的具有避障功能的小型地面移动机器人,阐述了其机构设计及其控制实现。     

具有越障功能的小型地面移动机器人

针对在危险环境下对移动机器人的运动要求，研究了机器人系统的总体设计，提出了一种具有越障功能的小型地面轮履复合式移动机器人，阐述了其机构设计度其实现。分析了谊机器人通过台阶、斜面、楼梯等障碍时的越障特性。研制完成的第一台样机具有结构简单、体积小、质量轻的特点，通过实验验证了该机器人运动灵活，具有很好的环境适应性和越障能力。     

四足轮腿式移动机器人的步态分析及轨迹规划

针对外星复杂的地表环境,基于2-UPS/(S+SPR)R闭环并联机构,设计了一种四足轮腿式移动机器人。通过对比机器人在运动过程中的稳定裕度与重心调整量得到最优步态,利用ZMP法衡量了机器人在静步态下的稳定性,并用改进的复合摆线法规划了足端的运动轨迹。在整个运动过程中,机械腿运动平稳,速度、加速度变化较为平滑,不会出现对机械腿造成损坏的较强冲击;且在抬腿和着地瞬间,速度、加速度均为0,不会对机身产生冲击。分析结果表明,该四足轮腿式移动机器人运动灵活且平稳,适用于外太空的探测。     

四旋翼两栖机器人姿态求解与控制

介绍了一种基于四旋翼驱动的两栖移动机器人。首先简要介绍了该机器人的机械结构与控制及传感系统,并介绍了机器人由四旋翼机构提供动力,并通过对4个旋翼的转动速度和方向进行配置,从而实现在空中飞行或在地面滚动的原理。然后,采用四元数方法对该两栖机器人进行了姿态求解,在此基础上,基于PID算法开发了机器人的飞行控制算法,并进行了相应的仿真。最后通过实验验证了该两栖机器人能够实现预期的两种运动模式,即空中飞行和地面滚动。该机器人提高了传统只具有单一运动模式的移动机器人的环境适应能力。     

基于微小型移动机器人的微操作系统

提出一种新颖的基于宏/微双重驱动微小型移动机器人的微操作系统.机器人在宏运动状态下为典型的轮式机器人,在微运动状态下为尺蠖运动机器人.将集成微夹持器的微操作器安装在机器人移动定位平台上用于实现微操作任务.为了自动导航机器人完成微操作任务,设计外部智能视觉系统.视觉系统分为全局视觉与显微视觉两个子部分,机器人在全局视觉的导航控制下以宏运动状态实现大范围的粗定位,并使机器人微夹持器末端准确地进入显微镜视场.在显微视觉的导航控制下以微运动状态实现小范围、高精度的精定位,并完成微操作任务.试验表明,提出的基于微小型移动机器人的微操作系统能够成功地实现微小零件的夹取与装配.     

Vision guided dual arms robotic system with DSP and FPGA integrated system structure

Usually, a humanoid robot has two arms and stereo vision system to execute human daily actions. It has complicate mechanism and mechatronics control system structure. The hardware control structure should be planned ingeniously to execute the complicate computation of 3D image processing and manipulate a multi degree of freedom dual arms motion control, especially for mobile robot system. Here a 7 DOF dual arms robot with FPGA hardware control structure and a digital signal processor (DSP) based CMOS stereo vision system are designed and built in our lab. The intelligent fuzzy sliding mode control strategy is employed to establish the visual guided robotic motion control software. This low cost humanoid robotic system has compact control structure and mechanism integration for mobile application purpose. Object detecting and tracking schemes in 3D space were developed for locating the target position and then guided the robot arm to pick and place objects or track the specified moving target. Experimental results show that this delicate robotic system has basic humanoid function.     

一种基于SimMechanics的车轮地面模型

在移动机器人设计过程中,仿真模拟是提高产品设计效率的有效途径。文中提出一种在Matlab／Simulink环境下基于SimMechanics工具箱的车轮地面模型,并将本模型应用于模拟车轮在地面行驶的两种工况,使得利用SimMechanics工具箱模拟机器人在复杂地形上的移动成为可能。该模型不仅可用来模拟车轮在地面上的行驶状况,还可以为进一步的研究提供参考方向。     

轮腿式爬楼梯移动机器人的设计及运动特性分析

针对非结构化复杂环境对移动机器人的运动要求,结合轮式和腿式移动机构的优点,设计了一种高效、稳定的轮腿式爬楼梯移动机器人。设计了机器人的主要结构,分析了机器人的稳定性及转向性能。平地行走、转向、越障、上下楼梯等实验结果表明:设计的轮腿式爬楼梯移动机器人结构简单,运动灵活,控制方便,控制精度高,不需对运行步态进行预先规划,它不仅可以在崎岖不平的环境中实现快速行驶,而且实现了快速稳定的爬楼梯功能,具有很强的越障能力和环境适应能力。     

Steering control algorithm for efficient drive of a mobile robot with steerable omni-directional wheels

Omnidirectional mobile robots are capable of arbitrary motion in an arbitrary direction without changing the direction of wheels because they can perform 3-DOF motions on a plane. This paper presents a novel mobile robot design with steerable omnidirectional wheels. This robot can operate in either omnidirectional or differential drive modes, depending on the drive conditions. In the omnidirectional mode, the robot has 3 DOF in motion and 1 DOF in steering, which can function as a continuously variable transmission (CVT). The CVT function can be used to enhance the efficiency of the robot operation by increasing the range of the velocity ratio of the robot velocity to wheel velocity. The structure and kinematics of this robot are presented in detail. In the proposed steering control algorithm, the steering angle is controlled such that the motors may operate in the region of high velocity and low torque, thus operating with maximum efficiency. Various tests demonstrate that the motion control of the proposed robot works satisfactorily and the proposed steering control algorithm for CVT can provide a higher efficiency than the algorithm using a fixed steering angle. In addition, it is shown that the differential drive mode can give better efficiency than the omnidirectionaldrive mode.     

自主移动机器人巡线控制系统设计与实现

针对自主移动机器人传统巡线控制中存在的不足,主要完成了机器人控制系统的设计。在使用灰度传感器采集地面轨迹信息的同时,引入角度传感器对行进方向的角度信息进行采集;设计了PID控制加模糊控制的复合控制器,并给出复合控制器算法。在此基础上建立实验系统,仿真结果证明:该控制系统不仅克服了传统巡线控制中单一传感器采集信息不全的缺点,而且有效解决了机器人在遇到大信号时传统PID控制响应时间长、系统不稳定的问题。     

基于SOPC的自寻迹切割机器人运动控制系统研究

针对自寻迹移动切割机器人控制为非完整系统控制的特点,构建了机器人运动模型,并分析了其运动规律,设计了一种基于可编程片上系统(SOPC)技术的切割机器人运动控制系统.该系统以EP3C55芯片为控制核心,采用模糊控制策略实现了切割机器人的运动控制.实验结果表明,该控制系统运行平稳,控制响应快,能够满足切割机器人的实时控制的...     

多运动模式的小型地面移动机器人设计与实现

设计了一种可以在复杂环境下运动，并具有多种运动模式的小型地面移动机器人。该机器人所具有的轮式、履带式和腿式等多种运动模式可以提高其环境适应能力和越障能力。研究开发的样机采用了ARM＋DSP结构的嵌入式控制系统以及遥控／半自主的工作方式，具有高机动性、小型化、轻量化、可复位以及低功耗、高实时性等特点。通过爬越台阶、楼梯等越障实验，验证了其越障能力和环境适应能力。