基于神经网络的水下机器人力控策略研究

水下机器人抓取物体时,物体与指尖存在力控制问题,但是由于动力学模型、被抓取物体位置和刚度的不确定性,采用传统阻抗控制方法不具有鲁棒性,因此对基于位置的神经网络阻抗控制方法进行了研究,构建了基于位置的神经网络阻抗控制器,采用三层前向反馈神经网络构建补偿器结构,基于 BP算法和Delta学习规则,得到了反向传播的更新规则;该神经网络控制系统具有很强的自适应性,可以很好地完成机器手抓取物体的任务;在水下机器人单手指上分别对软性材料(泡沫)和硬性材料(木块)施加5N恒定力进行反复的实验,结果表明,该方法具有较好的补偿和控制效果,为水下机器人的准确抓握和合理操作奠定基础。     

基于VxWorks的水下机器人通信系统设计

针对水下机器人（ROV）在深海高噪声干扰环境中工作的特点,设计了一套基于VxWorks实时操作系统的ROV整体通信系统,实现了水下核心控制器对水下分系统快速高效的信息采集和数据分配,水下系统和水面控制器稳定实时的数据交换;硬件方面设计了以CAN总线为基础的水下通信系统,通过FPGA实现了CAN总线和PC104总线之间的时序逻辑转换,软件方面设计了基于TCP/IP协议栈的水面操控台和ROV之间的网络通信方式和水下各系统之间的CAN总线通信方式,着重介绍了基于缓冲队列的网络通信编程;通信系统数据测试实验表明：CAN总线通信和网络通信均具有良好的实时性和可靠性,满足最初的设计需求,而且采用模块化设计,便于维护和移植。     

基于ODDD水下机器人故障诊断方法

近年来数据挖掘技术的快速发展使得利用水下机器人作业过程中积累的大量数据进行故障诊断成为可能。基于数据挖掘的故障诊断技术能够从数据中获取潜在的诊断知识。针对水下机器人推进器系统数据特征,提出一种基于聚类和距离的离群点检测方法(Outlier Detection based on DBSCAN and Distance,ODDD)。首先,对数据进行粗聚类,然后采用剪枝规则进行离群点检测,来实现故障诊断。仿真实验结果表明算法能够实现水下机器人快速有效的故障检测。     

基于μC/OS-II水下异物打捞机器人控制系统的设计

核电站日常运行或大修期间进行水下作业时,普遍存在检测不直观、异物无意跌落等问题,对堆芯回路及燃料组件造成影响,导致大修周期变短、时间变长、资源耗费严重;针对这些问题,该文提出了一种基于μC/OS-II嵌入式操作系统的核用水下异物打捞机器人的设计方法;硬件上将各功能节点模块化,采用RS485总线通讯方式,便于系统扩展及维护;软件上将μC/OS-II嵌入式操作系统移植于微处理器中,实现了系统的实时性,同时增强了系统的鲁棒性和冗余性;现场水下试验证明,该打捞机器人具有较强的可靠性,同时也验证了该设计方法的可行性和有效性。     

基于信息增益率的WNB水下机器人故障分类

提高故障诊断能力对于确保水下机器人系统的稳定运行具有重要意义,故障分类是目前水下机器人故障诊断所面临的一个重要问题。针对水下机器人推进器系统数据特征,提出一种基于信息增益率的加权朴素贝叶斯故障分类算法。首先,计算故障训练样本的先验概率,将各属性的信息增益率作为权值;其次,构建基于增益率加权的朴素贝叶斯分类模型;然后,对检测的故障数据利用分类模型获取具有最大后验概率的故障模式,实现故障分类。与朴素贝叶斯算法和决策树算法相比,仿真实验结果表明基于信息增益率加权的朴素贝叶斯算法的分类成功率更高,能够有效地实现水下机器人的故障分类。     

自主/遥控水下机器人研究与应用

1.自主/遥控水下机器人
海洋对人类而言是神秘和未知的领域,人类对它的探索从未停止过。水下机器人（UUV,Unmanned Underwater Vehicles）作为人类认识和开发海洋的重要手段之一,其在海洋科学及工程中的应用日益受到广泛关注。     

基于OpenCV的水下机器人单目定位技术研究与仿真

针对水下机器人自主回收对接时的定位问题,提出了一种基于OpenCV的单目定位技术研究与仿真方法。首先确定回收装置回收侧的光源标记点信息;借助OpenCV算法库,通过对水下机器人自带摄像机的标定,得出反应摄像机固有信息的内参数;通过摄像机对回收装置光源标记点的识别,得出光源标记点在图像上的像素坐标,结合其世界坐标,得出反映回收装置在摄像机坐标系下位置和姿态关系的平移和旋转向量,进而确定水下机器人在回收装置坐标系下的位置和姿态信息。最后运用CATIA软件对摄像机拍摄模型进行建模和仿真,结果表明,本文所提方法不仅能快速地获得水下机器人的位置和姿态信息,而且定位精度高,满足水下机器人在自主回收对接时的设计要求。     

海洋工程水下结构检测与清污机器人广义预测控制研究

水下机器人（ROV）的运动具有非线性、多耦合和时变等特点,需要一类数学模型要求低、自适应能力强的非线性控制方法。因此以自主研制的新型的面向海洋工程水下结构检测与清污机器人（MC-ROV）为研究对象,通过水池试验,研究并建立了纵向和艏向动力学模型,最后设计了一种新颖的结合PID控制的约束输入输出的直接广义预测控制算法,对MC-ROV纵向、艏向运动展开研究。仿真结果表明,该算法具有计算量小、震荡低、自适应强等优点,具有良好的控制效果。     

基于径向基函数神经网络的多关节机器人滑模控制器

针对具有不确定性的多关节机器人系统,提出了一种径向基函数神经滑模控制方法;该控制方案采用全局滑模面,将神经网络的非线性映射能力与滑模控制的特点相结合,利用径向基神经网络自适应学习系统不确定性的未知上界,消弱了由滑模控制产生的抖动,同时保证了系统的鲁棒性;基于李亚普诺夫定理给出了系统稳定性的充分条件;仿真结果表明,该方法具有良好的轨迹跟踪和速度跟踪性能,提高了对于建模误差和不确定干扰等因素的鲁棒性。     

水下机器人抗波浪扰动动力定位研究

针对水下机器人近水面运动受到波浪干扰而产生的不确定性问题,结合所研制的新型海洋工程模态切换机器人MC-ROV,文章基于CFD法建立动力学模型,进行6DOF动力定位分析。根据定位误差设计力和力矩分配策略,采用非奇异终端滑膜控制(NTSM)对推力予以补偿,以减小由波浪等随机带来的影响,并采用无味卡尔曼(UKF)实时估计水下机器人的状态。仿真结果表明,该方法具有良好的动力定位效果,并且在受扰动后可以迅速调整动力分配策略,减小其带来的负面影响。     

人体外骨骼控制器硬件设计

为了适应外骨骼机器人的发展需求,设计了一款可以实现外骨骼控制的控制器,该控制器采用以PowerPC芯片为核心,FPGA芯片为辅的硬件设计,文中详细说明了各个模块的设计思想及外围接口电路的设计,由于PowerPC芯片较高的内部集成了多种功能,以及在平台中加入了以FPGA来集中控制各个接口,因此可以实现多个传感器接口信号采集和控制,并使用实时操作系统对各个传感器信号处理和控制。该控制器具有运算速度快,扩展方便,可靠性较高的特点。     

基于无源性的不确定机器人的力控制

根据无源性理论,从一个较新的角度对机器人系统的力控制问题进行了研究.一个严格无源的动态系统一般具有良好的动态特性和较强的鲁棒性.因此在力控制中采用无源化方法对力控制器进行设计.对于机器人建模的不准确性及环境的影响,本文采用在力控制回路中加入一个补偿项来补偿模型的不确定性.仿真结果表明这种控制方案使系统获得了较好的动态性能和较强的鲁棒性.     

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.     

基于逆模型的混合驱动水下滑翔机垂直面控制

混合驱动水下滑翔机（Hybrid-driven underwater gliders ,简称HDUGs)是集无人自治水下机器人（Automomous Underwater Vehicles ,简称 AUVs）和水下滑翔机（Autonomous Underwater Gliders,简称 AUGs）于一体的新型水下机器人。由于HDUGs是非线性、强耦合,且受到海流、结构不确定等因素的影响,为了克服这些问题,针对混合驱动水下机器人工作在混合模式下,对其垂直面提出了一种基于逆模型和滑模控制的非线性控制方法,该方法将原始系统解耦为两个单入单出的线性系统,仿真结果证明了该方法具有良好的控制性能,而且对外界扰动具有一定的鲁棒性。     

Chua混沌系统的一种模糊控制器设计——LMI法

研究了Chua混沌系统的稳定控制问题.采用模糊动态模型逼近非线性混沌系统,将非线性混沌系统模糊化为局部线性模型.用Lyapunov稳定性理论设计出,确保模糊动态模型全局渐近稳定的控制器.再用线性矩阵不等式的凸优化方法求出模糊控制器的参数.仿真验证了方案的有效性.模糊控制器简单,规则少. 关键词： Chua混沌系统 模糊动态模型 线性矩阵不等式     

基于模糊控制算法的纯电动汽车空调控制器的研发

纯电动汽车迅速发展,要求其空调系统也急需跟进。根据纯电动汽车特点,开发出一种纯电动汽车空调控制器系统,设计了空调控制器的电源模块,阐述了使用无位置传感器控制压缩机无刷直流电机的原理,研发了一种过流检测电路。提出了一种新型控制方法,即：在考虑整车负载的基础上,使用多输入变量模糊控制算法对汽车空调压缩机电机进行控制,同时兼顾了乘员的舒适性与汽车的动力性。结果表明这种空调控制器运行良好,达到了预期效果。     

码垛机器人运动学分析和控制系统设计

针对一类关节坐标四自由度码垛机器人,对其机械传动结构进行分析,构建其运动学坐标体系。根据码垛生产特点,运动路径规划采用设定点位法,其中一些点位的脉冲坐标通过示教法直接确定,其余点位脉冲坐标则通过正、反运动学求解获取。为降低运动学求解复杂程度,将三维空间坐标体系的求解,先分解到两个平面坐标中单独进行,然后再加以合成。控制系统以PLC为核心,各轴驱动采用高精度交流伺服系统,通过原点回归确定各轴原点,根据目标点位实时计算各轴运动脉冲数和频率,采用绝对定位驱动方式实现机器人各轴联动。实际运行效果表明,运动学求解复杂程度的降低,提高了系统运算速度和实时性,而绝对定位方式可避免相对方式下的累积误差,从而提高了系统的运动精度。     

基于CMOS图像传感器的成像系统设计

以OV 5 116CMOS图像传感器为例 ,讨论了基于CMOS图像传感器的成像系统的电路设计方法及系统设计中应注意的问题 ;并通过对CMOS图像传感器外围电路的优化设计实现了成像系统的微型化和轻量化。     

水下航行器网络控制系统仿真

传统控制系统的设计方法中忽略了通信网络中的时延和数据包丢失等问题,仅通过传统方法设计的控制器来降低其对控制系统产生的不利影响,严重影响了系统的稳定性。对于水下航行器等对系统性能要求较高的水下控制平台,突破传统使其在网络环境下能够稳定运行显得尤为重要。在此背景下,提出了网络控制系统的设计方案,以水下航行器为控制平台,进行系统建模,设计反馈控制器,使用MATLAB仿真工具TrueTime,研究分析了网络体系结构下时延和丢包对传统控制系统动静态性能的影响。仿真结果表明该设计方法优化了系统性能,为系统在发生网络诱导时延和数据包丢失时能够稳定运行,提供了可靠的参考依据。该设计结果具有普适性,也可以用于导弹、坦克等航行器。     

基于弹性控制器的混沌同步

利用线性输出反馈，实现了混沌系统的弹性同步，削弱了控制器本身不确定性的影响.结合linear matrix inequality工具箱，方便地得到了控制器的增益形式.仿真结果表明了研究的 意义及控制器的有效性. 关键词： 混沌系统 同步 弹性控制