双足机器人下楼梯动作的设计与生成

上下楼梯是人们典型,常见的动作,研究其动作生成算法是实现稳定步态的重要保证;以双足机器人为研究对象,以下楼梯动作为例,基于重复变换的上体重心移动法提出双足机器人下楼梯动作的设计方法;通过仿真生成了3种典型模式的下楼梯动作过程,评价了下楼梯过程中各关节的角度变化,力矩变化和稳定性,讨论了楼梯参数变化对机器人各关节负担的影响;仿真结果表明,通过改变下楼梯的方式,可以减轻下楼梯对腿部损伤关节的负担,提高安全性,实现稳定的下楼梯动作;为福祉,康复医疗教育提供依据。     

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。     

一种新的三维测量机器人手眼标定方法

为了提高三维测量机器人的手眼标定精度以更好地满足工业需求,提出了一种采用动态改变变异率的自适应差异进化算法进行手眼标定的新方法。首先构建了由线结构光测头和机器人组成的视觉测量系统,利用齐次坐标变换的方法建立了测量系统的数学模型;然后针对数学模型中的手眼关系,使用半径已知的球体,采用定点变位姿的方法,进行粗略的估计,并对手眼关系求解的精度进行分析;最后采用动态改变变异率的自适应差异进化算法对手眼关系做进一步寻优。实验结果表明,算法具有较高的求解精度。该方法用于手眼标定是可行的、有效的,整个标定过程简单,便于实际应用。     

一种新的k方程转捩湍流模型

本文在分析了针对充分发展湍流模型建立的k方程湍流模型模拟转捩流动的能力之后，构筑了一种新的Fμ函数及相应的k方程湍流模型．将该模型应用于数值求解NS方程，模拟了中等来流湍流度下零压力梯度平板捩报流动，并将部分计算结果与实验结果及经验关系进行了比较．     

一种新的概念性层裂模型

 在重建Cochran-Banner模型的基础上提出了一种新的概念性层裂模型。这种新模型仅保留Cochran-Banner模型中的强度函数,重新定义损伤,并抛弃了基本假设：一旦微损伤形成,使微损伤演化远远易于使固体进一步体积应变,进而修正了差分微元中固体比容的计算。在新的模型中,一旦拉伸应力达到层裂强度,重新定义的损伤将由强度函数确定的应力松弛方程、计及损伤的能量守恒方程、状态方程以及本构方程等一系列封闭方程组确定。新模型中也仅包含两个参数：层裂强度及临界损伤度,它们的确定能使在一定初、边值条件下的层裂试验的数值计算结果与实验测得的靶自由面速度历史或靶-低阻抗界面应力历史以及回收观测的层裂面上的损伤一致。强调指出,选定强度函数或应力松弛方程提供了确定损伤的可能,同时排除了任何外加的损伤演化方程。     

一种新的软件测试过程模型—“跑道”模型

软件的测试过程模型在软件的开发过程中起着重要的指导作用,其实施效果的好坏能够直接影响软件的质量,通过分析一些典型的测试模型如X模型、W模型、V模型等的特点和不足,结合软件开发实际需求和软件测试过程模型的设计原则,提出了一种改进的软件测试过程模型——“跑道”模型,该模型能体现出设计与测试的全过程,强调了客户、设计人员和测试人员之间互动的必要性,将该模型应用到智能电表与计量终端软件的开发过程中,在提高软件测试效率、保证软件质量方面有着明显优势。     

智能写字机器人设计

设计了一种两自由度写字机器人,可以很方便地完成在平面上的书写绘画任务。可以把在计算机输入的文字通过控制算法和硬件电路用步进电机带动写字笔在纸面自动地描写出来。上位机选用计算机作为主机,采用Arduino系统作为从机。在计算机上将输入的文字转换成坐标形式的G代码,在通过串口发送给下位机控制器,下位机控制器采用直线插补和圆弧形插补算法,输出控制脉冲和方向电平控制步进电机前进或者后退。步进电机是由脉冲控制的,每发来一个脉冲就前进一步,实现了对距离的精确控制。本设计可以拓展一轴,加入Z轴理论上可以实现3D打印功能,把写字笔换成雕刻刀或者是激光头可以雕刻立体作品,拓展功能丰富。     

一种新的航天器外露介质充电模型

为综合考虑高能电子辐射与周围等离子体对航天器外露介质充电的影响,在航天器内带电模型的基础上,通过添加边界充电电流来考虑等离子体与航天器介质表面的相互作用,并统一参考电位为等离子体零电位,建立了航天器外露介质充电模型,给出了新模型的一维稳态解法,并与表面充电模型和深层充电模型进行了对比分析.结果表明:新建模型能够综合考虑表面入射电流、深层沉积电流和传导电流对充电的耦合作用过程,实现外露介质表面和深层耦合充电计算,有利于全面评估航天器外露介质的充电问题.     

洁净机器人反应转矩观测与碰撞保护研究

提出一种基于反应转矩观测器的机器人碰撞保护方法。机器人的反应转矩由基于模型的干扰观测器估值得到,模型的建立包括电机系统转矩模型与机器人系统动力学模型两部分。由于洁净机器人特殊的构型及关节耦合关系,机器人的动力学建模被大大简化,同时对简化后的模型采用最小二乘法对惯性参数和摩擦参数进行辨识,提高了模型的精度。根据永磁同步电机的转矩模型与机器人动力学模型,可以得到基于电机电流的机器人关节转矩。机器人与外界环境接触时,关节转矩的增加量即为反应转矩。通过设计反应转矩观测器并采用力/位混合控制结构,实现基于电流的机器人主动柔顺控制功能,并在洁净机器人进行碰撞保护实验,实际运行结果验证了该方法的有效性。     

基于异构计算的简单行走模型的吸引区域研究

被动行走机器人由于结构简单、能量利用率高而倍受青睐, 但其很容易跌倒, 因此准确把握最终步态与吸引区域成了关键. 由于面对非光滑系统, 大规模数值计算很难避免, 为此本文先提出基于CPU+GPU异构平台的Poincaré映射算法. 该算法可发挥最新平台计算潜力, 比传统CPU上算法快上百倍. 得益于此, 本文针对双足被动行走的最基本模型, 大规模地选取样点进行计算, 不仅清晰地得出吸引区域的形状轮廓和细节特征, 揭示了其内在分形结构, 还得到系统吸引集和吸引区域随倾角k的变化关系, 发现了新的稳定三周期步态和倍周期分岔混沌现象, 并研究了吸引区域.     

水冷壁磨损检测机器人控制系统的设计与研究

设计以磁吸附履带式爬壁检测机器人为载体,采用上下位机相结合的控制系统。提出了一种下位机基于STM32单片机的爬壁机器人控制系统的设计方案,配备超声波无损检测技术和其他传感器,用于实现流化床锅炉水冷壁磨损检测机器人的运动控制、管壁检测数据采集,并且基于Visual Studio 2010平台创建人机交互界面,实现与下位机的数据传输以及后续数据处理。实验证明,该设计自动化程度高,运动稳定可靠,上下位机能实时通讯,有效提高检测效率,具有较高的智能化水平。     

基于远程控制的六足搜救机器人系统的设计

针对灾后现场环境的危险性与复杂性,设计了一套搜救机器人系统。在基于仿生学的基础上设计机器人六足式移动平台,以Atmega128型单片机为控制核心,通过步态与动作控制,使之具有强大的越障能力和机体灵活性。整个搜救系统分为机器人系统和控制中心系统两大部分。机器人系统配有完备的传感器模块以及高清摄像头,通过无线传输技术,可在0-1000米范围内实现向控制中心系统上位机的数据与图像传输,并接受上位机控制指令,控制中心根据采集到的信息,可以有效指挥现场搜救人员,大大提高了搜救速度与效率。     

多自由度篮球机器人复杂路径跟踪控制系统设计

针对篮球机器人复杂路径识别精度偏低,运行能耗较大等问题,提出基于超声波的多自由度篮球机器人复杂复杂路径跟踪控制系统设计方法。通过MAX232芯片设计控制系统的接口电路,采用低功耗CMOS监控电路芯片MAX706构建监控电路,超声波能够精确提供机器人所遇障碍物距离信息,如有障碍则将接收到的信息进行转换,以电信号的形式反馈给主控板。软件部分利用主控板控制器的程序以及超声波测距程序的设计实现。实验表明,所设计控制系统有效提高了篮球机器人对障碍物的识别率,减小了系统运行所用能耗。     

基于电磁超声的天然气管道机器人测控系统设计

分析了国内天然气管道现状及检测维护情况,针对目前天然气管道裂纹缺陷检测问题,采用电磁超声检测方法,并结合虚拟仪器技术,设计了天然气管道机器人测控系统。系统以PXI模块化仪器平台为核心,结合数据采集模块和运动控制模块构建了硬件平台,以LabVIEW编程语言为基础开发了人机交互软件平台。该系统能够控制机器人在管道内的运动,并可在管道内壁激励和接收超声导波。整个系统可靠性高、扩展性强、人机交互界面友好,满足了机器人管内电磁超声检测作业时的运动控制、数据采集及处理要求。     

多路高精度机器人控制器软硬件设计及优化

为实现多路高精度伺服电机驱动控制,设计了由软件和硬件组成的机器人控制器系统。控制器包括ATMEGA8微处理器搭配74HC595的硬件结构和冒泡算法两部分,可以产生多达32路的PWM信号,但测试结果显示输出信号精度不高。为进一步提高PWM控制信号的输出精度,将软硬件进行了优化,设计了以STM32微处理器为核心采用定时器分时算法的控制器。该控制器利用4个定时器并行输出多达32路的高精度PWM信号,在机器人和自动控制领域有很好的应用前景。     

基于机器艇与ZigBee的湖泊水质监测系统设计

湖泊是地表水资源的重要载体,为了全面、实时、高效地监测湖泊水环境,设计一种湖泊水质自动监测系统尤为重要。多艘机器艇搭载水温、pH值、溶解氧等传感器,在湖面上组成基于ZigBee的无线传感器网络进行数据采集。水质数据通过无线传感器网络传输到上位机进行分析显示。基于GPS和姿态传感器的运动控制算法实现了机器艇自主航行到指定监测点的功能。实验结果表明,系统实现了对湖泊水质的较大范围实时监测,能满足实际应用需求。     

一种基于光谱库的雪粒径及形状参数反演新方法

雪粒径的形状因素对积雪的反射光谱曲线影响较大,如何有效地刻画雪粒径的形状参数成为研究的热点。渐进辐射传输模型被广泛地应用于雪粒径反演,其对雪粒径形状的描述只采用了2个值(3.62对应于片状雪粒径,4.53为球形雪粒径),较难描述积雪的形状参数,同时为了反演积雪的雪粒径,这两个形状参数必须被提前固定,这大大降低了雪粒径的反演精度,为此提出了一种基于光谱库的雪粒径及形状参数反演算法(LUTMA)。首先利用渐进辐射传输模型建立不同粒径,不同形状参数的光谱库,然后采用光谱角指标进行匹配,最终获取积雪的粒径与形状参数。实验表明,基于光谱库的雪粒径及形状参数反演新方法与实测数据较为吻合。     

Discrete-Time Memristor Model for Enhancing Chaotic Complexity and Application in Secure Communication

The physical implementation of the continuous-time memristor makes it widely used in chaotic circuits, whereas the discrete-time memristor has not received much attention. In this paper, the backward-Euler method is used to discretize the TiO2 memristor model, and the discretized model also meets the three fingerprints characteristics of the generalized memristor. The short period phenomenon and uneven output distribution of one-dimensional chaotic systems affect their applications in some fields, so it is necessary to improve the dynamic characteristics of one-dimensional chaotic systems. In this paper, a two-dimensional discrete-time memristor model is obtained by linear coupling of the proposed TiO2 memristor model and one-dimensional chaotic systems. Since the two-dimensional model has infinite fixed points, the stability of these fixed points depends on the coupling parameters and the initial state of the discrete TiO2 memristor model. Furthermore, the dynamic characteristics of one-dimensional chaotic systems can be enhanced by the proposed method. Finally, we apply the generated chaotic sequence to secure communication.     

液压驱动型四足机器人电液伺服控制系统仿真建模与实验分析

复杂的作业环境和艰巨的作业任务使液压驱动型四足机器人对其伺服系统的精度、速度和力量均比一般机器人在普通情况下有更高的要求。为掌握液压驱动型四足机器人在多种路况下行走时各液压缸的受力情况以及液压系统内流量、压力的变化情况,需要对其虚拟样机进行机械动力系统和液压伺服系统的联合仿真,定性分析电液伺服系统位置、速度等被控对象的特性,并分析PID控制器在四足机器人伺服控制方面的特性与不足。针对传统控制算法在四足机器人控制存在的短板问题,设计了一种非对称前馈补偿模糊自适应PID算法,并利用物理样机进行了实际验证。实验结果为四足机器人电液伺服控制系统硬件、软件和控制算法的设计与优化指明了方向,还为研究四足机器人平稳步态控制策略提供了决策依据和数据支持。