智能移动机器人导航控制技术综述

智能移动机器人在制造业、服务业、军事、星际探测等领域获得了广泛的应用,导航是智能移动机器人实现自主控制需要解决的重要问题.对不同领域智能移动机器人导航技术发展现状进行了调研.针对环境感知与建模、定位和路径规划等机器人导航控制关键技术,深入分析了其实现方法.在此基础上归纳出智能移动机器人导航控制未来的发展趋势.     

利用受限张力的拖曳变轨欠驱动姿态稳定策略

在空间绳系拖曳变轨中,目标和平台形成一种哑铃型绳系系统,且仅依靠有限的平台推力和系绳张力来抑制系绳的摆动。针对此类输入受限的欠驱动控制问题,提出了一种利用受限张力的姿态稳定策略。首先,推导了组合体姿态动力学模型。然后通过数值求解姿态平衡方程得出理论面内姿态指令,再采用高斯伪谱法对其优化获得实际指令。最后,基于分层滑模理论设计欠驱动张力控制律,并嵌入抗饱和模块以缓解张力饱和。仿真表明空间平台能在正向有限的张力控制下,平滑地收放系绳使面内角和绳长跟踪实际姿态指令。此外,所提策略对目标体摆动和传感器误差也具有良好的鲁棒性。     

障碍地形下的机器人轮足复合越障步态规划方法

为提高轮足复合机器人在障碍地形下的稳定性与通行效率,提出了一种轮足复合越障步态规划方法。首先基于轮足复合运动模式提出了一种机器人位姿调整算法,并给出了相应的足端轨迹方程与重心轨迹方程。其次基于轮足复合运动的运动学方程,给出了位姿调整阶段的轮速规划算法,使得每条腿足端轮子的滚动速度与足端的轨迹相匹配,以确保轮子在地面滚动时不发生滑动。虚拟样机仿真结果表明,应用该步态规划算法,机器人能够自主平稳地穿越障碍地形,从而验证了方法的有效性。     

双目视觉绳系支撑飞行器模型位姿动态测量

绳牵引并联机器人（WDPR）为风洞试验提供了一种新型支撑方式,可用于多/六自由度风洞复杂动态试验。针对该支撑下飞行器模型的大范围运动,发展了一种基于双目视觉的模型位姿动态测量方法。首先,设计了一种编码合作标志点,合理布置于模型表面,通过图像处理消除绳对标志点成像干扰,进行标志点三维重构;然后,利用绝对定姿算法求解相对位姿初值,且给出了理论误差分析,并基于双目相机重投影误差构建李代数下的无约束最小二乘优化问题,采用L-M算法进行位姿优化;最后,采用该测量系统分别进行了静态和动态精度验证试验,以及大迎角俯仰振荡等3种单/多自由度典型运动轨迹测量。试验数据显示,静态角度和位移测量精度分别优于0.02°/0.02 mm;动态测量时角度精度可达到0.1°量级,位移平均误差为0.4 mm。研究结果表明：设计的双目视觉测量系统是有效可行的,可为后续风洞试验的实际应用提供支持。     

考虑非关键负载变动的电力弹簧自适应稳压控制策略

分布式电源在微电网中渗透率越来越高,其间歇性对系统电压稳定性的影响不容忽视。电力弹簧(ES)作为一种新型电压控制装置,能有效抑制关键负载(CL)两端的电压波动。为了减小负载变化对ES调压能力的影响,提出一种考虑非关键负载(NCL)变动的电力弹簧自适应控制策略。介绍了ES的拓扑结构及限制运行条件的理论基础;根据αβ坐标系变化的方法检测母线电压暂降,确定是否将ES投入系统;参考电压计算模块计算出需要提供的补偿电压后,与实际值的误差输入到PI控制器中,经人工鱼群算法(AFSA)动态调整PI控制参数,在保证CL电压稳定基础上缓解NCL变化对ES调压能力的影响。仿真结果表明:所提控制策略能够在保证CL电压稳定基础上有效缓解不同工况下负载变化造成的电压不稳定问题。     

薄板焊缝轨迹图像处理方法研究

针对航空发动机关键部件的薄板对接、搭接焊缝的自动焊接问题,以CCD(Charge coupled device)摄像机直接拍摄为手段提取焊缝轨迹,提出了一种比较通用的算法和思路,包括边缘点的检测和边缘线的提取,并在几个关键环节对其进一步改进.实验表明,此算法具有较强的适应性,也为解决焊缝轨迹提取这一焊接自动化和弧焊机器人的智能化领域的关键技术提供一定的技术参考.     

仿生爬壁蠕虫运动步态控制算法

设计了一种基于仿生原理的爬壁蠕虫机器人,分析了这种机器人的结构,并利用仿生学原理设计了基于三角波和梯形波特点的两种运动步态.在分析现有神经中枢控制CPG(Central Pattern Generator)算法基础上,应用循环抑制CPG模型和相互抑制CPG模型,构建了爬壁蠕虫机器人的三角波步态CPG控制网络和梯形波步态CPG控制网络,并结合吸盘状态,加入反馈信号,实现了带有反馈的CPG控制算法.利用爬壁蠕虫机器人模型,仿真验证了这种控制算法对蠕动运动步态控制的有效性,通过在爬壁蠕虫机器人原理样机上的步态实验,证明了该算法的可行性.     

基于激光测距的月球探测重载六足机器人自主避障控制

月面未知环境下具有高承载力的六足移动机器人是月球探测中不可或缺的装备。六足机器人虽然可以借助足地接触信息和姿态信息在不平坦路面行走,在遇到较小障碍物时可以做出适当的反射动作,但当遇到无法逾越的障碍物时,基于视觉信息实现腿式机器人避障运动是非常重要的。针对电驱动六边形对称分布的六足机器人,基于激光测距仪的信息实现了模拟月壤地面的地形建模,提出基于虚拟机体模型的自主避障策略,获得最优可行方向和运动最短距离,规划了实时避障的机体和足端运动轨迹。实验结果表明,六足机器人可以实时、准确地跟踪避障策略得到实时偏航角度,实现了机器人在未知环境下的自主避障运动,为月球探测重载足式机器人研究奠定了基础。     

基于抗差估计的工业机器人运动学参数标定

为了提高工业机器人标定过程中参数辨识的鲁棒性,提出了一种基于抗差估计的运动学参数标定方法。首先基于D-H模型建立了末端位姿误差模型,同时分析了等价权函数,然后利用激光跟踪仪测量机器人基坐标系和末端位姿,最后结合IGG3权因子函数利用抗差最小二乘法辨识了运动学参数。实验表明,机器人绝对定位的RMS误差由补偿前的0.87mm降低到补偿后的0.21mm,相较于传统的最小二乘辨识算法,此标定方法拟合精度更高且鲁棒性更强。     

改进蚁群算法在移动机器人避障中的应用

在移动机器人路径规划中,由于基本蚁群算法具有进化缓慢、易陷入局部最优等问题,提出一种改进的蚁群算法。建立了静态环境下的路径规划栅格模型,通过对信息素启发因子及期望启发因子实时调节,自适应改变挥发因素,在初始时刻扩大蚁群的搜索范围,以免陷入局部最优。针对凹型障碍物,当机器人陷入凹型障碍并且在复杂环境搜索效率低的情况下算法也能较好的收敛。与其他算法的仿真结果表明,此算法在栅格地图模型中,能快速地避开障碍找到最优解。