工业机器人平衡系统的研究

以某五自由度空间关节型喷漆机器人小臂的弹簧－重力组合式平衡系统及大臂的弹簧式平衡系统为研究对象，探讨了其数学模型的建立方法，提出了利用弹簧的初拉力来平衡机器人大小臂的观点，最后结合实例进行设计计算。     

基于视觉引导的工业机器人示教编程系统

针对目前工业机器人所采用的编程方式的局限性,提出了基于视觉引导的工业机器人示教编程方式。首先采用奇异值分解(SVD)法建立双目视觉系统与机器人的坐标映射关系,通过双目视觉系统识别和提取特定的示教工具末端位姿,以得到规划机器人运动所需的位姿数据。然后解析机器人控制器可执行文件的格式,将位姿数据转化为机器人可以执行的文件。最后通过试验验证了视觉引导示教方式的可行性,并对示教跟踪精度进行了分析,结果表明,跟踪误差最大为-1.18 mm,均方根误差为0.47 mm。      

机器人典型平衡系统的研究

以关节型机器人典型的弹簧式平衡系统作为研究对象,探讨了它的计算模型与优化设计方法,并用实例进行了计算。     

双冗余度机器人的避碰运动规划方法研究

对双冗余度机器人的避碰运动规划进行了研究分析,发展和改进了一种基于距离函数的冗余度机器人避碰方法,提高了该方法的通用性和可靠性.      

串并联微操作机器人系统的研究

介绍了一套完整的微操作机器人实验系统,该机器人系统是在一种用于微操作的新颖的串并联机构基础之上建立起来的.针对串并联微动机构的特点,提出了一种电容式测微仪与计算机视觉系统相结合的运动学标定方法.同时,为实现对压电驱动元件的精确控制,采用了一种参数切换的变速积分PI(Proportional-Integral)控制算法,并收到了预期的效果.最后对该系统进行了微动画图实验,得到了理想的圆形和矩形轨迹图形.实验结果表明,该微操作机器人系统的组成及控制、标定方法对完成高精度微操作任务是有效的.      

基于改进蚁群算法的多机器人任务分配

任务分配是多机器人系统需要解决的首要问题.针对传统蚁群算法求解多机器人任务分配收敛速度慢且易陷入局部最优问题,提出了改进蚁群算法.考虑多机器人任务分配问题,建立多旅行商问题模型,采用蚁群算法优化出解空间,然后采用遗传算法中的变异算子对每个机器人执行任务的顺序进行优化,并根据模拟退火过程中Metropolis准则以一定的概率接受优化过程中较差的解.在复杂约束条件下,为解决蚁群算法收敛速度慢且易陷入局部极小问题,引入局部优化变异算子和改进模拟退火算法.仿真结果表明,改进蚁群算法可以更好的解决多机器人任务分配问题.     

一种解析和数值相结合的机器人逆解算法

针对不存在解析逆运动学解的机器人结构,提出一种解析与数值相结合的求解算法.将传统的算法简化为寻找一个合适的目标函数,对一维关节变量进行迭代求解,其余关节变量可以用解析式求得,从而将逆运动学的多变量迭代求解问题简化为一维变量迭代求解.利用该算法对一种不存在解析逆解的5自由度机器人进行解算,耗时不足0.3ms,计算速度优于传统的算法.这种算法的实时性和准确性满足了机器人实时控制的要求,不需要进行正运动学计算,可以解决大多数关节正交结构的机器人逆运动学问题.      

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.      

Uncertainty-aware Cube algorithm for medium-term collision risk assessment

The number of Earth orbiting objects is constantly growing, and some orbital regions are becoming risky environments for space assets of interest, which are increasingly threatened by accidental collisions with other objects, especially in Low-Earth Orbit (LEO). Collision risk assessment is performed by various methods, both covariance and non-covariance based. The Cube algorithm is a non-covariance-based method used to estimate the collision rates between space objects, whose concept consists in dividing the space in cubes of fixed dimension and, at each time instant, checking if two or more objects share the same cube. Up to now its application has been limited to the long-term scenarios of orbital debris evolutionary models, where considering the uncertainties is not necessary and impractical. Within operative contexts, instead, medium-term collision risk analysis may be an important task, in which the propagation-related uncertainties play a prominent role, but the timescale poses challenges for the application of standard covariance-based conjunction analysis techniques. In this framework, this paper presents an approach for the evaluation of the medium-term collision frequency for objects in LEO, called Uncertainty-aware Cube method. It is a modified version of the Cube, able to take the possible errors in the space objects’ position into account for the detection of the conjunctions. As an object’s orbit is propagated, the along-track position error grows more and more, and each object could potentially be in a different position with respect to the one determined by numerical propagation and, thus, in a different cube. Considering the uncertainties, at each time instant the algorithm associates more than one cube to each object and checks if they share at least one cube. If so, a conjunction is detected and a degree of confidence is evaluated. The performance of the method is assessed in different LEO scenarios and compared to the original Cube method.     

基于滑模控制的车车协同主动避撞算法

传统的汽车主动避撞算法主要基于后车制动实现,但实际应用中会因为车距过近时仍无法避免追尾事故,以及由于紧急制动而造成驾驶员、乘客感到不适.需要从汽车行驶舒适性出发,利用车车通讯获取前车信息计算理想车间距,建立滑模控制方程计算出后车期望加速度,通过分配前后车加速度来完成协同主动避撞,由此保证了汽车行驶舒适性和安全性,弥补了传统算法的不足,并通过CarSim和Matlab/Simulink联合仿真验证了算法的可行性.      

Faster algorithm of debris cloud orbital character from spacecraft collision breakup

Space debris is polluting the space environment. Collision fragment is its important source. NASA standard breakup model, including size distributions, area-to-mass distributions, and delta velocity distributions, is a statistic experimental model used widely. The general algorithm based on the model is introduced. But this algorithm is difficult when debris quantity is more than hundreds or thousands. So a new faster algorithm for calculating debris cloud orbital lifetime and character from spacecraft collision breakup is presented first. For validating the faster algorithm, USA 193 satellite breakup event is simulated and compared with general algorithm. Contrast result indicates that calculation speed and efficiency of faster algorithm is very good. When debris size is in 0.01–0.05 m, the faster algorithm is almost a hundred times faster than general algorithm. And at the same time, its calculation precision is held well. The difference between corresponding orbital debris ratios from two algorithms is less than 1% generally.     

基于CDMA-TDD系统的联合功率控制算法

针对常规的码分多址CDMA (Code Division Multiple Access)时分双工TDD (Time Division Duplex) 系统功率控制算法存在的缺陷,提出了一种基于通信链路当前状态信息的联合功率控制算法.从理论上推导了联合功率控制方程.在新算法中,所有移动终端调整后的新发射功率值是基于共同的通信资源得出的.分配在同一时隙的各个移动终端的功率调整是基于通信链路的当前状态信息,其中包括各移动终端下一步使用的调整后的新发射功率值.使得各移动终端能够平等的共享链路资源,加快功率控制的收敛.通过建立功能模型,验证和评估了这一新的算法.仿真结果表明这一新的功率控制算法优于当前的常规算法,能减小接收端信噪比动态范围,降低干扰信号强度,提高能量效率和系统容量.     

OFDM系统定时偏差补偿算法

为了消除正交频分复用(OFDM,Orthogonal Frequency Division Multiplexing)符号定时偏差对信道估计的影响,提出了一种补偿算法.理论分析表明相移可以被看作是信道统计特性的变化,并且在使用线性插值的信道估计方法时估计误差会扩大.该算法利用符号定时偏差会引起子载波相位旋转的特点,对信道估计进行补偿.仿真结果表明,在多径信道下,在信噪比为20 dB定时位置位于循环前缀中点时,使用该算法后信道估计均方误差是通常线性插值算法的25%,因此新算法缩小了信道估计均方误差.实验结果表明,该算法提高了接收机的性能.     

捷联惯性导航系统的姿态算法

非互易向量的确定与补偿是影响高动态、恶劣振动环境下捷联惯性导航系统姿态矩阵计算的重要问题.为了补偿由此引起的圆锥误差,对一些传统算法进行了分析和研究.由于以往各种算法过多过杂,不便于工程中选用,所以通过对传统的各种姿态算法的原理及数学形式进行归纳分析和研究,提出了通用的算法公式.另外,还提出将剩余误差表示为采样时间与角振动频率乘积的幂次,并根据此幂次来评定圆锥补偿算法的精度的方法.在此基础上,对所提出的通用姿态算法公式进行了误差分析,得到了关于算法精度和参数之间关系的一些结论,为其参数选择提供了选择标准,有工程实用价值.     

二阶多智能体系统自抗扰编队跟踪与避撞控制

在多智能体编队的目标跟踪任务中,智能体受环境中的障碍物的遮挡作用会丢失目标,而外部扰动会影响系统的时变编队跟踪的控制效果。为此,研究了这两种因素同时存在情况下的二阶多智能体系统时变编队跟踪和避撞控制。采用基于目标跟踪优先级的切换拓扑控制策略以实现在障碍物遮挡环境中对目标的持续跟踪,根据自抗扰理论设计包含扰动补偿项的编队跟踪控制器。首先,基于一致性方法提出切换拓扑下自抗扰时变编队跟踪控制协议,并给出一种基于跟踪微分器的编队指令生成方法;其次,设计了求解控制参数的算法并给出协议作用下系统的稳定性分析和证明;然后,基于人工势场法设计避撞控制协议;最后,提出障碍物遮挡环境下自抗扰时变编队跟踪控制协议。仿真实验结果表明:所设计的控制协议在上述两种因素存在时仍具有良好的控制效果。      

同轴接入设备的系统升级机制设计

高性能同轴网络(HINOC,High performance Network Over Coax)是面向下一代广播电视网的同轴电缆接入新技术,是实现模拟电视系统双向数字改造以及广播电视三网融合战略的关键技术之一.HINOC系统中的嵌入式设备HB(HINOC Bridge)与HM(HINOC Modem)需要通过在线升级实现软件版本的不断更新.针对目前一般的软件在线升级系统中普遍存在的整体加密传输效率低、硬件失效缺乏保护等问题,本升级系统设计在文件的传输和文件烧写的基本步骤上引入了文件差分编码解码、文件校验与加密解密以及异常保护机制.实际测试结果显示,升级系统能够满足HINOC系统在效率、安全性和可靠性方面的要求,保证了嵌入式系统的信息安全以及嵌入式设备在异常情况下的稳定工作.     

总线互连故障的一种快速诊断算法

数字总线的互连测试与故障诊断对于电子产品的生产和维护具有重要的意义.针对现有算法存在冗余测试以及测试时间长等问题,通过对总线互连故障的特征分析,提出了一种自适应快速诊断算法.该算法将测试过程分成两个阶段:第1阶段,诊断各个超网络上的短路和呆滞故障,按照短路关系将超网络分成若干集合;第2阶段,根据第1阶段的分组结果,对各集合中的超网络加载"并行走步1"向量,以诊断其开路故障.仿真结果表明,该算法可在保证故障诊断最大化的前提下,减少冗余测试,有效压缩测试向量长度,实现故障的快速诊断.      

ADS与多雷达数据融合中的系统误差配准法

对空中交通管制中自动相关监视(ADS)与现有多雷达监视系统进行数据融合的模型进行了分析,在现有多雷达数据处理(MRDP)系统误差配准方法的基础上设计了一种利用最小平方估计(LSE)准则实现的ADS与雷达的系统误差配准算法,给出了其最优解.利用我国西部航路模拟航路点数据进行了系统仿真,仿真结果的分析表明,通过该方法的配准,ADS和雷达数据融合中的系统误差得到了有效的消除,提高了综合监视精度.