Floating zone convection

The microgravity research, as a branch of the advanced sciences and a spe- cialized field of high technology, has been made in China since the late 1980's. The research group investigating microgravity fluid physics consisted of our col- leagues and the authors in the Institute of Mechanics of the Chinese Academy of Sciences (CAS), and we pay special attention to the floating zone convection as our first research priority. Now, the research group has expanded and is a part of the National Microgravity Laboratory of the CAS, and the research fields have been extended to include more subjects related to microgravity science. Howev- er, the floating zone convection is still an important topic that greatly holds our research interests.

Study on steel corrosion in different seabed sediments

A series of simulation experiments on carbon steel (A(3) steel) and low alloy steel (16 Mn steel) in marine atmosphere (MA), seawater (SW) and seabed sediment (SBS) including rough sea sand, fine sea sand and seabed mud were carried out indoors for a year or so by means of individually hanging plates (IHP) and electrically connected hanging plates (ECHP). The corrosion of steels in SBS was mainly due to the macrogalvanic cell effect. The steel plates at the bottom of SBS, as the anode of a macrogalvanic cell, showed the heaviest corrosion with a corrosion rate of up to 0.12 mm/a, approximately equal to that of steel plates in marine atmosphere. The test results showed that the corrosion rates of A(3) and 16 Mn steel in marine environment were in the order: MA > SW > SBS by the IHP method; and MA > SBS > SW by the ECHP method. The corrosion rates of steels in the water/sediment interface were directly proportional to the grain size of the SBS by the ECHP method, but those of steels in the water/sediment interface did not vary with the grain size of SBS by the IHP method. The corrosion rate of low-alloy steel was a little higher than that of carbon steel. The results of this study have important applications for design of offshore steel structures such as oil platform, pier, and port.

一种高效覆盖的水下传感器网络部署策略

传感器节点的部署直接关系到水下传感器网络的成本和性能。考虑到传感器节点间具有很强的协同能力,该文提出一种基于检测融合的部署策略。采用Neyman-Pearson准则融合单元网格内所有传感器节点的检测信息,实现正方形和正三角形两种单元网格的高效覆盖,进而分别给出针对两种单元网格的监测区域网格划分方法,从而确定监测区域需要的传感器节点数量以及放置的具体位置。通过仿真实验验证了该部署策略的有效性。结果表明,与不采用检测融合时相比,降低了传感器节点冗余度。使用相同数量的传感器节点,新的部署策略能够在保证一定感知质量的基础之上获得更大的覆盖范围。

一种基于状态方差阵对角相似分解的UKF 算法

在强非线性和复杂性的系统下，普通对称采样UKF 算法存在稳定性问题。为此，本文提出了基于状态方差阵对角相似分解的UKF 算法来保证算法的状态方差阵半正定。同普通对称采样UKF 算法比较，该算法降低了对状态方差阵的正定性要求。仿真试验验证了该方法的有效性。

输电线巡检机器人越障机理与试验

分析超高压输电线路架空地线上的障碍物类型以及跨越这些障碍的过程。可以发现,巡检机器人采用双臂交替跨越障碍,越障过程简单。但是由于受巡检机器人自身重力偏矩的影响和手臂长度尺寸的限制,当单臂悬架在架空地线上时,导致巡检机器人本体倾斜,另一手臂完成脱线和上线任务变得十分困难,有时甚至造成越障失败。为了解决上述问题,提出质量调节的控制方法。该方法通过调节巡检机器人的质心,使巡检机器人的本体保持水平状态。为了验证质量调节控制方法的正确性,采用Lagrange方法建立巡检机器人动力学模型,通过仿真试验、实验室模拟实际架空地线试验以及超高压实际现场试验说明了提出方法的可行性。

可重构模块化机器人系统的爬坡能力研究

介绍了一种新型的可重构模块化星球探测机器人系统,详细分析了子机器人组合的三种基本构型:手臂在前,首尾相连成串状;手臂在后,首尾相连成串状;两个子机器人首尾相连成环状。以两个子机器人为例,对爬坡过程中子机器人系统的各种组合形式进行了静力学分析,在此基础上,对机器人组合的爬坡能力进行了仿真研究,结果表明子机器人组合的爬坡能力与其连接构型紧密相关。实际试验很好地验证了仿真结果,同时,以实际试验为基础,得出了如下结论:在爬坡过程中,手臂在前的串状连接的机器人组合的运动稳定性较差,首尾相连的环状连接的机器人组合是子机器人组合爬坡的首选构型。

一种3自由度并联柔索驱动机器人的精度研究

研究了一种3自由度并联柔索驱动机器人精度分析和精度综合的问题.分析了影响机器人位姿精度的主要因素,推导建立了关节误差及柔索误差模型.提出了一种精度综合算法,并基于给定的机器人关节允差,综合分析出装配误差及柔索误差的最大取值.通过仿真验证了误差模型的正确性.样机试验表明,利用柔索误差模型可以提高机器人的运动精度.

平面自由运动半物理仿真系统的初始条件实现

提出了一种平面自由运动半物理仿真系统的设计,对系统仿真试验的初始条件形成过程进行了具体阐述。系统中应用了一种平面两自由度直角坐标运动装置,用于完成系统驱动及速度和位置控制,同时这种运动装置能够进行直角坐标跟随运动,并与其末端测量机构共同实现对平面自由运动物体的高精度大范围位姿测量。建立了系统的运动学模型,并设计相应的控制算法实现试验所需的运动过程,采用半闭环和闭环相结合的方法有效控制系统的末端累积误差;针对提出的复合测量方法,建立了测量原理的数学模型,并进行了精度分析和仿真计算。实验证明这种设计和相应的控制测量方法合理可行。

一种基于旋转体的模型定位方法

本文设计了一种由4个相切椭圆构成的几何模型,该模型环绕于圆柱体表面,利用二次曲线的投影仍然是二次曲线的特性和椭圆的相应性质能够得到唯一确定模型位置的4个共面的坐标点,从而将旋转体定位问题转化为共面P4P问题.利用P4P的线性算法,即可唯一确定圆柱体模型的位置和姿态.最后利用这种定位方法进行了仿真实验,实验结果表明这种方法的有效性。

可重构星球探测机器人的运动学建模及轨迹规划

提出了可重构星球探测机器人的概念,对系统中子机器人的研究进行了重点论述.通过设计恰当的子机器人连杆坐标系,利用Denavit Hartenberg方法完成了子机器人的运动学建模,并直接给出了子机器人的运动学正解模型.由于使用单一的求解算法不能求出工作空间的封闭解,因此综合利用代数法、几何法原理及空间投影关系,结合子机器人的结构特殊性推导出了运动学逆解,从而得到了工作空间内的所有解.在此基础上,考虑结构间的约束关系,给出了子机器人的工作空间及轨迹规划方法.最后,使用OpenGL对设计的子机器人系统进行了运动学仿真实验,实验以末端操作器的直线运动为例,充分考虑空间几何的关系,其结果有效地证明了建模及轨迹规划的正确性.

可重构星球探测机器人的空间对接研究

提出了以改装后的位置敏感传感器来引导机器人完成自动对接的方法,分析了具体工作原理。对可重构星球探测机器人在运动模式下完成对接的两种姿态进行了比较,分别用一般方法和改进后的规划方法计算出了对接工作空间,比较结果说明,机器人在运动模式下三角边着地有利于完成自动对接。对工作模式机器人在工作空间内的运动进行了静力学分析,分析结果表明,机器人在工作空间内可以自由运动。用VC和OpenGL搭建的平台对空间对接进行了仿真试验,试验结果验证了对接工作空间计算的正确性和完成空间自动对接的可能性。

基于扰动方法的广义最佳鉴别矢量集求解的一种迭代算法

本文对广义最佳鉴别矢量的求解方法进行研究 ,根据矩阵的扰动理论 ,改进了郭提出的求解广义最佳鉴别矢量的一种迭代算法 ,提出了求解广义最佳鉴别矢量的一种新的迭代算法 .本文算法的一个突出优点是随着类别数目的增加 ,计算时间反而缩短 ;而老算法随着类别数目的增加计算时间随着增加 ;不仅如此 ,新算法的识别率不劣于老算法 .在 ORL人脸数据库的数值实验 ,验证了上述论断的正确性

综合权值递推最小二乘法估计从UUV航行参数

根据主UUV观测系统测量的从UUV方位信息精度高、距离信息精度低的特点,将遗忘因子和位置权值构成的综合权值融入递推最小二乘算法(RLS)用于从UUV航行参数分析,避免采用EKF算法对观测噪声要求高的缺陷,克服数据饱和现象。同时对从UUV方位信息进行预处理以提高航行参数估计的收敛速度。仿真实验证明了方法的有效性。

基于模糊神经网络水下机器人直接自适应控制

提出了基于广义动态模糊神经网络的水下机器人直接自适戍控制方法,该控制方法既不需要预先知道模糊神经结构,也不需要预先的训练阶段,完全通过在线自适应学习算法构建水下机器人的逆动力学模型.首先,本文提出了基于这种网络结构的水下机器人直接自适应控制器,然后,利用Lyapunov稳定理论,证明了基于该控制器的水下机器人控制系统闭环稳定性,最后,采用某水下机器人模型仿真验证了该控制方法的有效性。

基于数字海图的自主水下机器人路径规划研究

为了解决远程自主水下机器人(LAUV)路径规划问题,提出一种基于数字海图的路径规划算法.该算法对传统人工势场法进行了有效改进,克服了传统人工势场法固有的缺点和不足,可以用于LAUV离线和在线路径规划.其有效性已在半物理实时仿真平台上得到了验证.