直升机人机协同控制方法研究与飞行验证

人机协同系统可以充分发挥人类智慧的优越性和机器人作业的高精度与高效率，被广泛应用于决策指挥、工业控制和医疗手术等领域。飞行员驾驶飞行器时需要实时处理大量信息并给出精准操控，操纵负担大。基于典型单旋翼直升机的操控特点，设计一种直升机协同驾驶机器人系统，驾驶机器人连接直升机周期变距杆控制直升机的俯仰运动和滚转运动，飞行员通过总距杆和脚蹬控制直升机的航向运动和升降运动。协同驾驶机器人可以在不改装原有直升机的基础上实现一种新型的人机协同飞行控制，快速提升现有直升机的自动化水平和飞行员在应急情况下的生存能力。研究驾驶机器人控制系统模型，建立适用于直升机人机协同控制的飞行模拟平台，通过飞行员在环飞行仿真初步验证了人机协同控制方法的可行性。在飞行仿真验证的基础上研制了驾驶机器人样机，并将样机搭载在SVH-4直升机上完成飞行实验验证。     

水下机器人路径控制与仿真

研究了水下机器人的路径跟踪问题.首先考虑重力、浮力、推力、水动力以及附加质量的影响,建立了6自由度水下机器人的动力学模型.在此基础上设计了非线性控制系统,包括一个内控制回路和一个外控制回路.内控制回路根据机器人动力学模型引入非线性补偿,使得经内控制回路作用后的机器人化为一个解耦的线性定常系统,外控制回路采用比例微分(PD)控制,根据机器人实际轨迹与期望轨迹间的偏差进行负反馈控制.最后通过MATLAB对水下机器人追踪水面目标和跟踪空间螺旋线进行仿真,并给出了仿真曲线,从仿真结果可以看出,利用该方法可以使水下机器人具有较强的抗干扰能力,能够较好地实现对时变理论轨迹的跟踪.     

阿图迪图还是希斯瑞普?

早在上世纪80年代,电影《星球大战》及其同名小说就风靡世界,在中国也拥有大量拥趸,许多青少年是被这本小说点燃了对宇宙和航天的兴趣。在《星球大战》中,有两个主角是机器人。其中一个是不会说话的维修机器人,叫做R2D2,小说的中文版中称它为"阿图迪图";另外一个是碎嘴唠叨的勤务机器人,叫做C-3PO,中文版中称它为"希斯瑞普"。两人一唱一和,为影片和     

被动冗余度空间机器人动力学控制

研究了被动冗余度空间站机器人的动力学控制问题，包括非完整系统的运动规划，渐进稳定的动力学控制规律；在动力学控制中，利用被动冗余度机器人“非完整自运动”的运动学优化方法完成机器人的动力学控制，构造的动力学闭环控制律保证机器人运动过程中末端跟踪期望的运动轨迹，通过三连杆空间站机器人模型进行了仿真，结果证明了得到的结论。     

基于Smith预测控制的空间机器人遥操作研究

基于无源性理论分析机器人时延双向遥操作不稳定的原因.为保证系统稳定,提出一个结合Smith预测控制与在线修正环境参数的控制策略.针对机器人接触性操作任务中环境模型参数的辨识,通过拉弹簧试验给出了在线辨识方法,并对提出控制策略的稳定性和透明性进行仿真分析.完成了机器人在时延条件下拉弹簧遥操作试验,结果表明在结构化环境中所提出的方法可以提供操作者较好的透明性.     

类人生物综述

具有同我们地球人相似形态的UFO乘员均可称为类人生物。需要明确的是，我们不应该把“雪人”、“野人”或“长毛巨人”、“大脚怪”等与飞碟学上泛指的类人生物混为一谈。在UFO事件中．有时还会遇见一些类人机器人或生物机器人，它们无论在相貌、形态，还是在运动方式上都很像人。这些类人机器人被视为身穿怪异密封服的类人生物，例如1989年发生在俄罗斯哈罗夫斯克和沃罗涅日的外星人事件中，就目击到这种类人生物。     

幻想世界的没落

当年德国人奥斯瓦尔德·施本格勒写了一部《西方的没落》,一纸风行。在坚信“我们一天天好起来,敌人一天天烂下去”的年代,这本书的标题是令中国人愉快的。但是西方人似乎从来就不讳言,他们对未来的忧虑。在西方的科幻作品中(包括小说、电影等等),我们可以注意到一个奇怪的现象     

柔性冗余度机器人振动控制的一种方法

对于柔性机器人而言,如何尽快抑制其结构柔性所引起的振动是十分重要的.本文对柔性冗余度机器人振动的控制问题的原理与策略进行了研究.把阻尼的主动控制思想应用于机器人振动的控制中,并给出了相应的最优控制方法.这种方法通过优化机器人的自运动实现外部能量的输入以提高系统的阻尼,使振动迅速衰减.此外,对这种控制方法的实现进行了讨论.最后对一个末杆为柔杆的平面三杆机械手振动的控制进行了仿真,结果验证了方法的有效性.      

到太空上班的机器人

人类研制机器人已经有十多年的历史了。这些机器人已经或将广泛用于许多对人类有危险的环境中。你能想像将来有一天,机器人能和宇航员一起在空间工作吗?美国国家航宇局约翰逊空间中心准备耗资300万美元研制一种太空机器人,取名为“机器宇航员”(Robonaut),它们将在不久的国际空间站任务中大显身手。 “机器人宇航员”的外形就象美国《星球大战》系列电影中专门负责追捕星际逃犯的Boba Fett,与人的大小相似,具有头、躯干、两个上臂和五个手指的手。它的“皮肤”由类似制造宇航服的纤维材料制成。与人的双手一样,这双灵巧的机械手能使用宇航员常用的各种工程工具,在有重力的环境下能举起9.5千克重的物体。与人相似的是,“机器宇航员”也有一个树形中枢神经系统,是由传感器组成的网络。它的每个手臂上有150多种传感器,将数据实时传送回“机器宇航员”体内的中央处理装置中。     

R2——现实版星球大战机器人

伴随着美国《星球大战》系列电影逐渐成为经典,电影中那个名叫R2-D2的机器人也化作人们头脑中机器人的一种标准模板——半球形的脑袋,圆筒形的身躯,笨拙的四肢,整体感觉像是一只邮筒或垃圾桶!     

机器人预见控制方法的研究

提出了一种机器人高精度路径控制的有效方法－－以面积误差作为评价函数的预见控制方法。该方法从目标路径与实际路径之间的面积误差评价函数值最小化观点出发，运用逐次最优化原理来求取最优预见控制输入，它的特点是在每一采样时刻都要更新反馈系数和预见前馈系数，由于这些系数都是离线计算，因此并不影响实时控制速度，最后，通过实际机器人仿真，结果表明，该方法对于满足机器人高速度、高精度的要求是行之有效的。     

脑外科机器人视觉伺服研究

定位精度是脑外科机器人系统一个最重要的指标.提出了利用视觉伺服提高脑外科机器人系统定位精度的方法.根据机器人辅助脑外科手术的特点,选择基于位置的末端点闭环的视觉伺服方式,提出了一种利用机器人运动信息对机器人的特征点进行视觉跟踪定位的稳定可靠的方法.针对病人体内病灶点在摄像机图像中不可见的问题,推导了脑外科机器人系统的视觉伺服控制律.采用视觉伺服的方法后,系统定位精度有了很大提高,系统定位误差主要由靶点映射误差引起,受机器人绝对定位误差的影响不大.手术过程模拟和定位精度测试验证了该方法的有效性.      

基于不稳定度的仿人型机器人步态规划方法

为了保证机器人能够在人类的生活环境中安全地工作,应该选择最稳定的运动轨迹.提出了一种能够评价不同的运动步态之间稳定性好坏的稳定性评价准则.将零力矩点(ZMP,Zero Moment Point)与机器人支撑区域的形心之间的距离定义为不稳定度,分析了仿人型机器人行走过程中几种典型步态的不稳定度,同时提出了基于不稳定度的仿人型机器人步态规划的方法.当采用多种运动步态都能完成同一种任务时,用所提出的不稳定度评价方法可以在不同步长的步态中选择出稳定性最好的运动步态来执行.仿真及实验结果验证了该方法的有效性.      

基于输入解耦特征模型的四足机器人运动控制

摘要： 针对四足机器人腿部关节控制和转弯步态规划问题，建立四足机器人单腿动力学模型，分析其多输入多输出、时变、耦合和非线性等特性，建立并推导一种具有输入解耦形式的多输入输出特征模型；在此基础上设计由多变量黄金分割自适应控制律和微分控制律组成的控制器；其次提出一种对角转弯步态，通过修正左右腿的迈步步长实现机器人的转弯，进一步分析步长修正量与转弯半径的关系；最后通过虚拟样机技术，分别进行机器人零负载和50 kg负载情况下的直行和转弯步态仿真，仿真结果验证所提方法的有效性.     

遥控机器人在空间抓物实验的仿真研究

本文是对空间机器人由地面站遥控操纵在空间抓物实验方案的仿真研究,它是在图形计算机工作站上用C语言编程实现的。视景化仿真描绘了自由飞行物与机器人之间的相对运动,考虑了空间站与地面站信息传输延迟的影响,用扩展的卡尔曼滤波实现了机器人对自由飞行物的自动跟踪,人在地面站观测预报的机器人和目标物的立体图象,可以经操纵球控制机械手运动。仿真结果表明,该方案对进一步研究有很好的参考价值。     

克隆人、机器人、外星人,人类的大敌?

今天，我们的这个世界无论怎样纷繁复杂，但终究还是一个单纯的人类文明世界。肤色、种族、宗教、文化的差异无论如何巨大，总还是人类这一共同物种下的内部差异。但好景不长，人类文明似乎正面临着“异化”和“重组”的危险。说不定在21世纪或22世纪的某一天，当我们一觉醒来，发现天下已经大乱，除了我们自己理所当然地称为“人”外，还有三种用传统观念看来是非我族类的“人”正活跃在我们中间。他们甚至拥有更高的智力和更大的支配世界的能力，相比之下，我们成了“弱势群体”!这三种“人”分别是：克隆人、机器人、外星人。     

多空间机器人协同工作空间的数值求解方法

针对未来在轨服务过程中，可能遇到单个空间机器人难以独立胜任的应用场景，需要多个空间机器人协同操作，但目前针对多空间机器人协同工作空间的研究很少。考虑到解析法计算工作空间难度很大，提出了一种基于蒙特卡洛法的一般协同工作空间数值求解方法。再进一步针对空间机器人协同的特殊性，提出了广义协同工作空间的概念，并给出了数值求解方法。仿真结果表明，基座姿态约束会引起协同工作空间的缩小，同时广义协同工作空间的范围明显大于一般协同工作空间。所得结论可以为空间机器人任务设计与规划提供参考。     

柔性机器人动力学建模的一种方法

提出一种建立具有柔性关节的多柔杆机器人动力学方程的方法.首先给出了柔性关节及柔性臂杆的简化模型,然后利用Kane方法和假设模态法推导出完整的动力学方程并给出了递推公式.在此基础上利用一个算例研究了臂杆柔性与关节柔性对机器人动力学响应的影响.结果表明:所建立的动力学模型更接近于实际的柔性机器人系统;臂杆柔性与关节柔性都起着非常重要的作用,因此在柔性机器人的动力学建模与控制中应充分考虑它们的影响.      

蟑螂机器人崎岖路面行走算法设计与实现

针对直接串联式结构承载能力较弱的问题,设计了一种基于双四连杆构型的仿生蟑螂机器人,该构型运动灵活,承载能力强且可以实现解耦控制.建立了该构型的数学模型,进行运动学分析,求解出机器人的正解以及逆解.采用压力感应电阻(FSR,Force Sensing Resistor)以及光电开关联合检测蟑螂机器人行走在崎岖路面时足端是否落地的信息,而且提出一种新的足端轨迹规划实现蟑螂机器人在崎岖路面的快速行走,综合之前的运动学计算,设计了可用来控制蟑螂机器人在崎岖路面行走的算法,实验验证该算法可以控制机器人在崎岖路面以10 cm/s的速度行走.      

轮式移动机器人运动学逆问题及机体稳定性

移动式机器人可以认为是操作机器人和步行机的组合,它具有更灵活和更大的工作空间.因此移动式机器人适合用于远程操作,无论是在太空还是地面,最通用的移动式机器人是轮式移动式机器人.轮子导致了非完整约束.在本文中,这种非完整约束以及有关的运动几何学得到了分析,在此基础上建立了轮式移动机器人运动学逆问题的两种求解公式.其次,提出了一种控制自运动的方法以解决活动平台的稳定性问题.这种方法通过仿真验证了其正确性.