双臂式空间机械臂捕捉目标问题

基于动量守恒关系,分析了空间机械臂抓取目标过程中的碰撞问题.针对单臂式系统提出了直臂抓取与广义直臂抓取构型,并将后者推广到双臂式空间机械臂系统.利用广义直臂抓取方法得到的空间机械臂构型,可有效减少碰撞作用对于空间机械臂系统角冲量、基座姿态的影响,保证了系统的稳定性,克服了控制算法中存在的构件转角和执行机构力矩限制问题.仿真证明了方法的有效性。

可重构模块化机器人系统的翻越台阶能力研究

从分析系统的工作原理和子机器人运行机理入手,对可重构模块化星球探测机器人系统的翻越台阶能力进行了研究。对于单体子机器人,提出了通过加反向速度和规划手臂姿态的方法,使其能够顺利翻越台阶型障碍物,增强了单体子机器人的翻越台阶能力。由几个子机器人组成的新系统极大地扩展了单体子机器人的环境适应能力,分析了有利于子机器人组合翻越台阶型障碍物的组合形式,提出了首尾相连成环形连接的构型是翻越台阶的最佳组合,并提出了根据环境条件采取不同策略的决策方法,即对于较低的台阶,采取子机器人组合一起翻越,对于高台阶,采取将一个子机器人送上台阶的策略。最后,通过静力学分析,得出了单体子机器人和子机器人组合所能翻越台阶型障碍物的极限尺寸,实际实验很好地验证了分析结果。

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。

非结构环境下基于人机合作技术的抓取作业研究

介绍了一种利用人机合作技术在非结构环境引导机械手抓取静态目标的方法.分别介绍了将激光—CCD摄像机系统与操作者的经验相结合获得抓取目标位置的方法,及将虚拟现实技术与操作者的经验相结合获得抓取目标姿态的方法.继而利用基于模型的视觉引导技术,引导手臂完成抓取操作.

基于C8051的运动控制卡研制和应用

本文针对排爆机器人手臂多关节联动控制的需要,开发了一种具有高集成度的基于C8051单片机和CAN总线的运动控制卡。介绍了运动控制卡的原理及实施方案,同时给出了运动控制卡在机器人平台的应用实例。在排爆机器人平台上的应用表明该运动控制卡具有较高的精度及很好的可靠性和实时性。

基于反馈线性化的无人直升机航向控制

本文着重解决小型无人直升机航向自适应控制问题.通过求非线性函数导数,把原始系统扩展为一个带有伪状态变量的新系统.这种方法不必求解非线性函数的逆,并且降低了计算量.证明了该方法的稳定性.针对实际模型直升机实验平台航向动力学模型,仿真结果表明了该方法的有效性.

基于视觉伺服的输电线巡检机器人抓线控制

巡检机器人在越障时,需要完成机器人手臂的准确抓线控制.结合输电线的几何特征和摄像机成像原理,提出了一种基于单摄像机的立体视觉方法来确定输电线的位置和姿态.基于该定位方法及视觉伺服理论,建立机械手抓线伺服控制模型.利用自行研制的巡检机器人进行了视觉伺服抓线实验;实验结果验证了该方法的有效性.

基于自调整神经元的无人直升机航向控制方法

直升机航向动力学包含输入非线性、时变参数和主-尾旋翼之间的强耦合,传统的比例积分微分(Proportional integral differential,PID)方法很难达到良好的控制性能。基于以上原因,通过把自调整神经元与滑模控制相结合,提出一种能够解决带有输入非线性的航向自适应控制方法。与常规自适应控制相比,用滑模条件代替误差函数作为目标函数,使控制器在保证闭环稳定性的同时,能够进一步使跟踪误差满足期望精度。证明了该方法的稳定性,针对实际模型直升机试验平台航向动力学模型的仿真结果,以及与传统PID方法的比较都表明了该方法的有效性。

基于立体视觉的虚拟机械臂平面定位研究

结合星球探测的应用背景,对漫游车的工作方式进行了研究,针对车载机械臂开发了一套基于立体视觉的机械臂平面定位仿真系统。该系统依靠虚拟现实技术,通过虚拟机械臂对三维重建得到的平整物体表面的定位仿真得到机械臂的各关节参数,以此指导真实机械臂的运动。论述了基于立体视觉的机械臂定位机理和基于OpenGL的虚拟机械臂的实现过程。采用VC++构建了仿真实验平台,进行了定位实验,获得了较高的定位精度。

模块化变形机器人非同构构形表达与计数

提出一种新型链式可重构模块机器人平台,该机器人平台具有手动可重构和自动变形的特点,介绍一种三模块变形机器人样机。组成机器人的单个模块可以简化为由模块本体、连接臂和偏置关节组成。模块的数量可以根据实际工作的需要进行选择,模块间的连接具有规则连接和非规则连接两种方式;同时,由连接模块的偏置关节的运动,模块间的相对位置可以改变。由于模块连接方式的不同和模块间相对位置的变化,变形机器人具有多种非同构构形;为此,根据模块的物理结构和邻接关系提出了用构形矩阵来表达机器人结构的拓扑信息,并在仿真环境下进行等效描述;提出基于组合计数原理的递归算法,用于多模块变形机器人的非同构构形的计数,并根据构形矩阵的拓扑信息对构形进行评价。最后根据仿真结果给出了一种三模块变形机器人样机对称构形的设计示例,验证了算法的可行性。

Linux下多线程技术在SPM纳米操作系统中的应用

启动一个新的进程必须分配给它独立的地址空间,建立众多的数据表来维护它的代码段、堆栈段和数据段,这是一种“昂贵”的多任务工作方式。相比之下,多线程技术是一种非常“节俭”的多任务操作方式。本文针对SPM纳米操作系统中的ARM嵌入式开发平台的任务特点,分析比较了Linux系统下多线程和多进程技术的性能,为设计实现ARM开发平台下的多线程程序起到关键的作用。

小型无人直升机实验平台的设计与实现

高级控制算法对于无人直升机实现高机动性非常重要,但是在实现上也经常受制于鲁棒性和实时性的要求。同时这些控制方法在飞行测试时也会带来高风险。本文介绍了一种自制的安装在机械臂上的直升机作为实验平台去验证控制方法的有效性和可行性,这个平台还能够保证飞行测试的安全性。实验结果显示,能够实现转速跟踪控制以及航向动力学的辨识,并证明平台的有效性。

可重构星球探测机器人的机构设计

基于可重构思想设计了一种可重构星球探测机器人系统。系统由一个母体和几个子机器人组成,其中子机 器人包括车轮和手臂两部分,可以作为独立作业的机器人,具有移动状态和工作状态两种模式。子机器人具有在 一个驱动力作用下处于不同约束环境中时,表现为不同形式输出的特点,容易实现两种模式下的灵活运动。并深 入研究了机构参数对子机器人运动的影响,用试验和仿真进行了验证,这为机器人的参数化设计及运动中的参数 化调整提供了重要的理论依据。

链式可重构机器人单模块结构设计与运动实验

提出了一种新型模块化链式移动机器人机构,它具有可重构、自动变形的特点。单个标准模块主要由中间通孔式连接手臂、履带驱动链传动装置、模块偏转锥齿轮传动装置、模块俯仰链传动装置、连接柄等组成。模块间由偏转关节、连接柄、连接臂和仰俯关节进行连接组合。为提高单个模块的机动性和实现运动自主功能,对标准模块进行了适当改进,单模块机器人采用了履带、轮、臂、腿组合的移动机构,具有三维空间的运动能力。最后对单模块机器人样机在垂直壁障碍、平地支腿、平地转弯、斜坡、楼梯等情况下的运动能力进行了实验,为进一步实现多模块机器人的自重构和环境应用打下了基础。

宜人化双臂操作型服务机器人建模、控制和协调

为宜人化双臂操作型服务机器人建立了动力学模型,该模型的特点是独立的机理建模技术结合黑箱技术共同描述出完整的模型;结合建立的模型,提出一种基于NN的自适应鲁棒控制器,并证明了其渐近稳定性.最后,在分析宜人化双臂操作型服务机器人运动特征的基础上,提出一种基于事件的在线协调的策略.