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TP242．6 2005064252 适用于实时避障的新型智能化机器人敏感皮肤的研究= Study on the novel intelligent robotics sensitive skin suit- able for real-time obstacle avoidance[刊,中]/王树国(哈尔 滨工业大学机器人研究所．黑龙江,哈尔滨(150001)),曹 政才…∥光学学报．-2005,25(9)．-1233-1237 在未知环境中,实时避障是实现智能化机器人自主工 作的关键技术。敏感的皮肤可以使智能机器人具有环境     

新型机器人红外传感皮肤信号处理方法的研究

机器人红外传感皮肤是一种新型的外部感知系统,它具有信息量大,实时性好,与环境无接触测量的特点,被广泛应用在多关节机器人实时避障系统中。但是皮肤上的微型红外传感器输出易受到可见光、工频电源、日光灯等噪声干扰,传统的模拟电路很难满足系统实时性和准确性的要求。为了提高系统的性能,给出了一种基于数字信号处理(DSP)的全数字信号处理技术,采用快速傅里叶变换(FFT)对传感器信号进行处理。分析了快速傅里叶变换误差产生原因,提出加汉宁(Hanning)窗进行误差补偿。仿真和实验结果表明,该技术能有效地减少噪声对系统的影响,使红外传感皮肤能够准确实时地给出周围环境信息。     

基于激光和单目相机信息融合的智能轮椅避障策略研究

针对智能轮椅使用环境复杂多变,障碍物形状各异,单一传感器无法获得完整的环境信息的问题,提出一种基于激光传感器和单目视觉传感器信息融合的障碍物检测方法。通过单目相机和激光雷达传感器感知智能轮椅周围环境,得到障碍物的形状、距离分布状况等信息;在此基础上提出两种传感器信息的融合策略,建立局部障碍物地图,进一步采用模糊神经网络完成整体避障算法,实现智能轮椅安全、快速避障等功能。实验结果验证了文中所提避障算法的可行性及有效性。     

基于改进比例导引法的机器人动态避障算法

随着机器人运动环境日益复杂,为了使机器人可以安全、有效的避开动态障碍到达目的地,提出一种基于改进比例导引法的机器人动态避障算法。首先借助比例导引法的思想,通过使机器人与动态障碍物的相对速度方向导引到避障向量方向完成避障,然后为满足避障完成时间和机器人机动性能约束要求,得到重叠比例导引系数取值范围,并采用比例导引法对机器人运动路径进行规划到达目的地,最后采用仿真实验测试其有效性。仿真结果表明,本文算法可以使机器安全有效的避开动态障碍物,对机器人的实际运动轨迹控制具有一定的参考价值。     

嵌入式单目机器人视觉检测及避障系统设计

为实现机器人在移动中快速检测和避开障碍物功能,提出一种在室内以单目视觉为基础的嵌入式机器人检测障碍和避障的设计方案;通过对HSI颜色空间的H空间进行分块,获取分块区的颜色矩特征进行比较,能快速检测障碍物;通过几何法建立机器人坐标和图像坐标的关系,计算障碍物实际距离,准确定位障碍物;通过输入障碍物距离和偏离前进方向的角度到模糊控制器,获得输出转动角度,并对输出的角度进行调节;实验结果表明该系统具有实时性和可行性,实现了利用图像分块的信息快速检测定位障碍物,并通过模糊控制器完成了避障要求。     

一种复杂环境下移动机器人避障新方法

基于传统人工势场法的机器人避障算法虽然计算量小、实时性好,但在陷阱区域或在障碍物前可能产生震荡,导致机器人不能到达目标点,为解决上述缺陷,提出一种带记忆功能的沿边法。通过记录和分析障碍物边缘人工势场法的局部最小点来判断目标点是否被障碍物包围,从而避免机器人来回震荡和围着目标点旋转的发生。该方法步骤分为沿边行为激活和退出条件、局部最小点记录条件以及目标点被障碍物包围的判断准则。通过实验,结果表明该方法解决了复杂环境下机器人的避障问题。该方法用于复杂环境下的机器人避障是可行的、有效的。     

一种冗余机械臂的多运动障碍物避障算法

冗余机械臂的避障问题一直是工业机器人应用领域的研究热点之一;为了改进传统避障算法的不足,提出了一种多运动障碍物的避障算法;该算法利用各障碍物的运动状态得到与机械臂之间的最小预测距离,并将其利用雅可比转置矩阵转化为机械臂对应杆件上的躲避速度,再将躲避速度引入梯度投影法中求得机械臂的关节角速度,并通过积分得到避障运动中机械臂的关节角度值,在完成末端轨迹跟踪的同时实现冗余机械臂的实时避障;利用一款七自由度冗余机械臂对该算法进行了仿真验证,结果表明该算法能有效实现冗余机械臂对多运动障碍物的避障。     

基于动态人工势场法移动机器人路径规划研究

考虑机器人与目标点的相对位置以及相对速度因素构建引力势场和引力函数,考虑机器人与障碍物之间的相对位置、相对速度以及相对加速度因素构建斥力势场和斥力函数。基于位置的“分而治之”策略,将机器人所处的环境分解成不同的情景,通过传感器获得周围环境信息,制定并执行情景-运动规则。建立复杂动态机器人仿真环境,验证改进后的算法在动态环境中机器人自动避障的可行性。以IN-RE机器人为实验平台,做动态环境下机器人自动避障路径规划实验,验证本文提出的动态人工势场法在动态环境中的可行性。     

基于激光雷达的多旋翼飞行器实时避障系统

针对多旋翼飞行器的障碍物规避问题,提出一种基于激光雷达的自主飞行多旋翼飞行器避障系统,实现多旋翼飞行器自主飞行的实时避障;该避障系统针对静态、低速运动障碍物,综合飞行器本体姿态、速度、加速度等状态信息,建立基于改进势场法的避障模型和算法;在机器人操作系统(ROS,Robot Operating System)平台进行该避障系统的软件实现,其通过串口与飞控进行通信,完成多旋翼飞行器的自主避障飞行;同时,为了使该系统能在强光环境正常工作,在不影响系统实时性的前提下,对激光雷达的干扰问题进行优化设计;大量实验表明:该避障算法计算量小,能够保证避障系统的实时性,在机体慢速以及低速运动(机体与障碍物之间的相对运动速度小于等于3 m/s)的场景中能够正确检测范围6 m内,并迅速规避障碍物。     

基于传感网络的水下机器人控制器设计

由于水下机器人在水下受到不定水流的干扰,机器人控制器缺陷较大。设备并实现了一种以传感网络配合模糊控制理论的水下机器人控制器。利用频率为20khz的超声波传感器网络组成控制器中的距离测量模块,对水下机器人测量方位和运动速度进行测量,给出了测距过程,主控模块以S3C2410嵌入式主控芯片为主,配合神经网络算法对障碍物进行判断,设计了详细的判断过程,提高机器人水下避障性能。以M3型水下机器人作为测试对象,测试结果说明控制器可以较高完成工作,达到应有水平。     

Collision avoidance for a mobile robot based on radial basis function hybrid force control technique

Collision avoidance is always difficult in the planning path for a mobile robot. In this paper, the virtual force field between a mobile robot and an obstacle is formed and regulated to maintain a desired distance by hybrid force control algorithm. Since uncertainties from robot dynamics and obstacle degrade the performance of a collision avoidance task, intelligent control is used to compensate for the uncertainties. A radial basis function (RBF) neural network is used to regulate the force field of an accurate distance between a robot and an obstacle in this paper and then simulation studies are conducted to confirm that the proposed algorithm is effective.     

基于T-S模糊神经网络的智能轮椅避障控制策略

在复杂的环境中,智能轮椅的自主避障是安全的保证。本文提出基于超声波和激光传感器的环境深度分区算法,和T-S模糊神经网路的信息融合方法,实现避障策略。提高了智能轮椅控制系统的实时性和安全性,实现避障控制的高效性。     

基于激光雷达的移动机器人避障控制研究

以VFH算法思想为基础,提出适用于激光雷达的数据处理算法,将其作为避障算法用于移动机器人的室内自主行进过程中。根据室内避障问题的特点,通过仿真研究设计了适用于室内避障的障碍物阈值规则。在移动机器人实验中发现,受室内地面环境影响,直接将仿真程序应用到移动机器人实际操作中,会出现打滑偏航乃至不能顺利到达目标点的严重后果。为此,根据航向角变化率提出了分段降速方法,应用该方法移动机器人在起始点与目标点可以自主移动,验证了算法的有效性与实用性。     

Dielectric supported ring-shaped metal disks on a metal film for ultrasensitive refractive index sensing

We experimentally report a magnetic plasmonic metamaterial, which is constructed with a metal ring-shaped disk array supported by a dielectric layer on a metal film for high sensitive refractive index sensing. An ultrasensitive refractive index sensitivity of about 1842?nm per refractive index unit is achieved through the reflection spectrum measurement. We attribute the high sensitivity to greatly enhanced electric field intensity and its large spatial overlapping with the surrounding medium to sense. The present plasmonic structure provides an effective way for high sensitive chip-based biochemical sensors and integrated devices.     

基于结构光的植保无人机障碍物在线检测系统

为了确保植保无人机在飞行作业过程中的安全,要求植保无人机具有自动避障能力,为此提出了基于结构光视觉的障碍物检测方法。为提高障碍物检测的实时性,重点研究了基于嵌入式平台的植保无人机障碍物检测系统,通过将障碍物图像处理算法的并行计算映射到GPU硬件资源上完成,大大提高了算法的运行效率。实验表明,在保证障碍物轮廓线完整的前提下,通过对比CPU和CPU-GPU实现处理算法,障碍物检测系统获得了约46.15的加速比,采集及处理时间约为48.985 ms。该系统具有处理效果明显与实时性好等优点,为植保无人机的实时障碍物检测和进一步实现自动避障奠定了基础。     

基于机器鱼的内陆湖泊水质在线监测系统设计

仅依赖无线传感器网络在线实测是利用多跳式通信实现远程发送与存储数据丢包率高,实验阶段设计的二维结构仿真机器鱼巡游避障性能差,GPRS全天候数据采集与传送所需的流量费用高,针对以上这些问题,设计了一套可进行实测的机器鱼自动巡游避障、水质环境实时监测系统平台;该系统通过移动终端程序设计、利用三维采集路径跟踪算法及WSNs与Wifi热点技术对机器鱼群实现远程精准控制,按照设定深度、路径规划的采集点进行水温水位、PH值、溶解氧、电导率、浊度等常五类水质环境数据实时采集、处理、远程存储、显示、分析及预警,给出了系统的总体设计、机器鱼的结构与控制系统设计、终端节点与协调器的硬件系统及上下位机软件系统设计;利用这套系统对巢湖5个取样点实测,水温、溶解氧、PH值平均误差率分别为0.18%、0.5%及0.01%,远高于其他水质在线监测的精度要求,达到了预期成果;同时对水库及精细水产养殖业等水质在线监测与预警具有很高的推广价值。