西游记皮影机器人的工业设计

本文通过对民间艺术与现代设计相结合、情趣化设计、人性化设计三原则的研究,在参赛机器人的形象设计过程中加入比间艺术——皮影的成份,将机构功能与皮影的特征和谐的融合起来,将传统艺术与现代机械相结合,演绎了一出中国特色的机器人皮影戏．将西游记的故事予以新的包装和情节,赋予机器人参赛团队情趣化特征,使之成为机器人比赛赛场上的“一抹亮色”．通过多重材质的选择,包括布料、工程塑料、PVC管等,打破了现在国内机器人外观设计的单一取材从而探索了一条机器人设计的创新之路．     

精确稀疏扩展信息滤波的多机器人SLAM研究

在机器人同时定位与地图创建(SLAM)问题中,多机器人SLAM成为目前机器人学中的研究热点.因此,基于精确稀疏扩展信息滤波算法(ESEIF)的多机器人SLAM问题,根据多机器人的运动模型和观测模型分别对多机器人位姿估计及环境特征点进行观测,并依据阈值划分观测特征点,以完成机器人的观测更新,同时边缘化机器人位姿并进行重定位.实验仿真数据表明:多机器人的位姿精度良好,观测更新阶段时间基本上恒定,与地图特征点数量无关,体现了ESEIF算法在研究多机器人SLAM问题的有效性.     

基于运动学模型的足球机器人运动免疫预测控制

在机器人无侧向移动的条件下,以左右轮的驱动力为输入量,建立两轮足球机器人平动和转动的离散时间状态空间模型;将免疫算法与预测控制结合,提出了一种免疫预测控制方法,在所建立的状态空间模型的基础上,对机器人进行平动和转动控制。该算法利用克隆选择算法实现预测控制的滚动     

机器人机构建模的几何方法

讨论了经典力学系统中拉格朗日方程的黎曼几何表示(黎曼流形上的牛顿力学)和力学系统拓扑图表示之间的关系,作为应用,讨论了机器人系统的拓扑图表示和动力学模型计算等,与已有的机器人动力学分析办法相比,基于黎曼几何和拓扑图表示方法的动力学分析更加简便,更加适合机器人动力学机械化(自动)建模.     

基于扩展信息滤波的多机器人SLAM研究

运用信息滤波算法实现多机器人SLAM,根据对机器人运动结构和刚体约束建立多机器人运动模型,用里程计和激光测距传感器建立多机器人观测模型,并运用SLAM方法建立全局地图,不断更新该地图的同时完成校正多机器人位姿．根据理论推导,利用信息滤波算法解决多机器人SLAM问题,仿真实验也结果表明多机器人定位精度良好．     

非对称气电混合式机器人末端执行器及其静态力控特性研究

针对现有气动式机器人力控末端执行器存在力控精度低和响应慢等缺点, 提出一种非对称气电混合式力控末端执行器, 采用变参数PID控制器对非对称气缸的气动力与永磁直线同步电机的电磁力进行协调控制, 实现机器人连续接触式作业中接触力的实时补偿与精确控制. 通过对气动系统、永磁电机和控制器等进行建模与仿真分析, 研究其控制特性与力-位移特性. 仿真结果表明, 相比气动力控系统, 气电混合式力控系统可有效消除摩擦力与跟随误差等引起的滞环和爬行现象, 控制特性最大误差由9.2N(2倍最大静摩擦力+动静摩擦力差值)减小至1N, 其力-位移特性最大误差由9.6N(2倍动摩擦力+气动力波动)也减小至1N, 提高了力控精度, 可提升机器人连续接触式作业质量.     

基于多层多道焊的弧焊机器人视觉信息提取及处理

介绍爬行式弧焊机器人三维视觉信息的传感原理。研究了拉普拉斯锐化、细化等措施对图像处理的效果。给出型坡口多层多道焊边缘坐标的确定以及纠偏量和深度值的计算方法，实验说明效果较好。     

主动万向脚轮式全向移动机器人的关节空间多传感器信息融合算法

鉴于主动万向脚轮式全向移动机器人运动学矩阵与其脚轮转向关节的位置有关,因此脚轮的运动误差会同时降低机器人的里程计和速度控制精度.因传统的工作空间信息融合算法无法有效提高脚轮运动精度,本文提出一种基于卡尔曼滤波的关节空间多传感器信息融合算法.新算法首先预测机器人的工作空间状态,然后通过逆向运动学将其解算到关节空间,随之在关节空间内进行数据融合,以提高脚轮运动精度,最后利用脚轮运动的最优估计来更新各关节角度和机器人里程计信息.仿真实验验证了该算法可有效减少脚轮运动的误差,使机器人的运动学矩阵更接近其真实状态,从而提升了机器人的里程计和速度控制精度.     

基于遗传算法的静态环境全局路径规划

静态环境中移动机器人全局路径规划一直是路径规划中的一个重要问题.作者提出了基于遗传算法的静态环境下机器人全局路径规划方法.该方法首先提出机器人工作空间中环境信息的神经网络模型,并利用该模型建立机器人免碰撞路径与神经网络输出的关系,然后将需规划的路径的二维编码简化成一维编码,并把免碰撞要求和最短路径要求融合成一个适应度函数.通过对算法进行实验仿真表明,提出的全局路径规划方法是正确和有效的.     

PI控制的有时延遥操作系统仿真平台的建立

对二自由度主从遥操作机器人进行了详细的运动学和运动力学分析,得到了二自由度机器人的状态空间方程,再此基础上建立了遥操作系统中各个子系统详细的数学模型,搭建了一个比较完善的遥操作系统研究的仿真平台.为从端机械臂设计了PI控制算法来控制从机械手,使之跟随主机械手的运动.最后,在该实验平台进行了主从遥操作机械手的位置跟踪和力反馈实验.实验结果说明,当系统存在固定时延时,在本地PI控制器的作用下,从机械手在自由空问运动时,系统具有较好的稳定性和跟踪性能;而从机械手与坚硬的环境交互作用时,遥操作系统的稳定性要受到影响,主从机械手的运动有一定的波动.这就证明了力反馈对有时延遥操作系统的稳定性有不好的影响.但总体上说,在人手对主机械手有一定控制能力的条件下,PI控制器能在一定程度上保证从机械手对主机械手的位置跟踪.     

可变高度激光里程计在室内不平整地面环境下的地图构建

针对可变高度激光雷达的结构特点提出了一种基于线、面特征的匹配算法, 并应用于存在不平整地面的结构化的室内环境. 首先提取激光点云中的边缘点和平面点, 并使用随机抽样一致性算法拟合成线段和平面; 然后根据线段与平面几何关系提出特征匹配条件, 完成特征之间的匹配; 利用特征间的匹配关系构建约束方程求解机器人位姿; 最后把机器人竖直方向位姿变换信息补偿到激光点云中, 并把纠正后的有一定高度的激光点云压缩成二维激光构建室内栅格地图. 实验结果表明, 与常用的二维激光同时定位与构图算法Gmapping对比, 在地面不平整的室内环境构建的地图得到了改善, 提高了移动机器人的构图精度.     

利用状态变换的程序验证

本文试图把程序理解成一个定义在状态集上的状态函数。程序的执行过程等价于状态函数的求解过程。本文定义了程序语句的STP语义。在状态函数的意义下,证明了关于程序部分正确定理。最后,用实例说明了使用STP验证程序正确的可能性。     

一种解耦式主动脚轮全向移动机器人的标定方法

由于机器人的加工制造和装配等因素引起的几何参数误差影响了运动学模型的准确性,因此会同时降低运动控制和里程计精度.为提升全向移动机器人的运动精度,提出了一种针对基于解耦式主动脚轮的全向移动机器人的分步标定方法,该方法通过限制关节空间运动输入来简化运动学矩阵,并利用最小二乘法获得运动学参数的实际值,从而提升运动学模型的精度.搭建了基于解耦式主动脚轮的全向移动机器人实验平台,并通过仿真和实验对标定算法进行验证,实验结果显示在平面内三个自由度上速度控制精度和里程计精度均得到了显著提升,证明了标定算法的有效性.     

基于三角Bézier-like的过渡曲线构造

在形状调配过程中,过渡曲线的连续性往往是很难保证的.首先给出三角Bézier-like曲线的定义,然后从过渡曲线满足一定拟连续性的角度出发,利用三角Bézier-like曲线的端点性质, 研究形状参数曲线的参数拟连续特征保持问题.给出了线性混合过程中一阶和二阶参数拟连续保持条件,从而得出一般的三角Bézier-like曲线在形状调配中参数拟连续的保持方法. 同时构造出2种过渡曲线(C-形状和S-形状)的使用方法. 在工程设计中,该方法对机器人的行走、道路的设计和某些造型的软件设计具有一定的指导意义.     

数学本质-数学课教学目标和教学设计的灵魂

通过对数学教学案例的剖析,确认把握数学本质对确定课堂教学目标、设计教学过程的关键意义,为提高学生数学学习的有效性提供实证性依据.