拟人机器人交互作用力的研究

拟人机器人的动力学具有高度非线性、高度耦合的特点，分析清楚各组成部分之间的交互作用力是实施高级控制方法的基础。章在以往分析移动机械手的基础上，从整体建模的角度入手，对拟人机器人的交互作用力提出了一个新的模型，即神经网络模型。利用该模型对一个特殊的单一手臂运动的例子进行了拟合，其结果是收敛的。这说明提出的模型是有效的，此后，我们将陆续给出研究成果。     

拟人机器人的建模

为解决机构复杂的拟人机器人运动学和动力学问题,提出了基于传统机理结合神经网络的建模方法．首先,从几何构造分析出拟人机器人各部分运动规律．其次,采用Lagrange—Euler方法结合对各部分交互作用力的定义得到动力学模型,交互力用神经网络来实现．最后,将此模型对应于实际的机器人参数,通过仿真证明了建模的有效性．结果表明此方法实用、有效．     

高欠驱动的拟人机器人多指手

为改进清华大学研制的TH-1型拟人机器人手的传动机构,设计了一种欠驱动手指机构。该手指机构可用于拟人机器人手上,以较少的驱动器获得较多的关节自由度,同时获得较好的自适应抓取功能,降低装置对控制系统的要求。以该欠驱动手指机构为基础,设计了一种高欠驱动的拟人机器人多指手——TH-2手。研究结果表明:TH-2手具有高度拟人化、高欠驱动和高集成度,以及实时控制容易、体积小、质量轻、抓取功能较强等优点;TH-2手适合安装在拟人机器人上使用。     

基于ARM嵌入式系统的拟人机器人控制器的设计

为满足低成本、高性能的要求,提出在拟人机器人控制器的设计中引入基于ARM处理器和RTOS(Real-time OS)的嵌入式系统.使用ARM9处理器S3C2410和RT-Linux构建小型拟人机器人控制器的系统架构,以拟人机器人的行走控制为例,从硬件和软件上介绍了控制器的实现方法.硬件选用高集成度的嵌入式处理器并采用模块化设计;软件开发中使用Petri网建模并利用Linux良好的驱动程序框架,降低了开发难度,提高了系统的可扩展性.最后给出了在机器人避障中的应用,验证了控制器方案的可行性,为拟人机器人的进一步研究提供了平台.     

面向智能家居服务的拟人情感决策算法

在智能家居中,虚拟管家系统作为网络机器人中的虚拟型机器人,代替用户参与家用设备的管理与控制。为了减少或避免虚拟管家与温湿度调节设备交互时人的参与,需要解决温度湿度设定值如何拟人地自动给定和室内温湿度变化后环境如何被感知这两个问题。提出了应用于虚拟型机器人的拟人情感决策在线控制算法和基于最小二乘支持向量机的温湿度融合策略。在此基础上,进行了对比仿真实验,结果表明:通过调整情感模型的转移加速因子,能够满足用户的个性化温湿度决策的需求;当用户居住房间面积在一定范围内变化时,算法也是有效的。     

异构双腿行走机器人机构优化设计

为了给智能仿生腿的开发提供一个理想的研究平台,提出了异构双腿行走机器人(BRHL)这一全新的类人机器人模式.阐述了BRHL的概念及研究意义,介绍了BRHL双腿机构的仿生设计.由于双腿机械结构类似,以仿生腿为例推导了BRHL的运动学模型.论述了BRHL的优化原则、目标函数及约束条件.利用处理好的正常人体步态数据对BRHL进行了优化设计.优化结果表明,BRHL能够较好地实现拟人步态,是智能仿生腿的理想研究平台.     

绳驱动拟人臂机器人的刚度分析和优化

分析了一种绳驱动拟人臂机器人的笛卡尔刚度,这种7自由度机械臂具有特殊的串并混联结构,机械臂的肩关节和腕关节均为绳驱动3自由度球关节,通过对其刚度表达式的推导,再结合串联机器人刚度分析方法,描述了机械臂整体笛卡尔刚度矩阵的求解过程.首先描述了绳驱动3自由度球关节的推导过程,用以求解肩关节和腕关节的刚度;然后计算单自由度肘关节的刚度;最后通过结合肩、肘和腕刚度得到的关节空间刚度矩阵,运用修正的一致保守变换得到绳驱动拟人臂机器人的笛卡尔刚度.基于以上的刚度分析,提出了一种刚度优化算法用于改善机器人在运动过程中的刚度,仿真分析验证了这种算法的有效性.     

空间机器人的神经致导

本文给出──拟人型空间机器人的基本结构形态，推导出其在空间操作时的运动学和动力学方程式；采用神经网络设计空间拟人机器人的控制机制；通过基本动作训练算法．可能实现空间拟人机器人协调地自由飞行或操作．     

基于广义几何误差模型的微机器人精度分析

为描述各种误差源对机器人本体产生的影响 ,提出了一个用于微机器人精度分析的通用方法。通过任意两坐标系间的向后微分关系 ,利用运动学方程以及并联机构的环路特性 ,建立了微机器人的广义几何误差模型。利用此模型 ,可以对微机器人进行精度评估和误差修正。该方法可推广应用到一般并联机器人的误差建模和精度分析     

风电塔筒检测爬壁机器人设计与安全性分析

针对风电塔筒垂直壁面作业任务的需求,根据塔筒的直径变化范围研制了一个能够自适应塔筒曲面曲率变化的爬壁器人。并对机器人进行静态与动态安全性分析,根据实际塔筒壁面倾角建立任意位姿的空间模型,分析了爬壁机器人失稳的因素及其产生的原因。通过仿真分析得到爬壁机器人的主导失稳形式以及机器人安全吸附时的最小许用吸附力。分析了机器人静态安全吸附与重力和壁面倾角以及位姿角存在的关系,以及动态安全吸附与重心位置高度、摩擦系数、几何尺寸之间的关系,结果表明:纵向翻转式影响机器人安全性的最重要因素,适当地降低机器人的重心高度更有利于保证机器人的稳定性,对样机进行性能测试试验,证明机器人能够在风电塔筒壁面上安全稳定的运行。     

非参数的广义转换异方差模型

在风险管理中，费用的平均值E［Y|[WTHX]X[WTBZ]］是一个关键参数.预测平均费用的主要困难在于费用数据是严重偏态且异方差.目前常用的方法有转换模型及广义线性模型方法，这两个方法独立被研究，没有任何交叉，它们部分地克服了数据的偏态性及异方差性质. 本文提出了一个新的非参数模型，它不要求给定转换函数、联系函数、方差函数及误差分布函数. 现有的转换模型及广义线性模型都只是这个模型的特例，该模型可以在一个相当广泛的范围内提供一个最好的选择. 更重要的是本文用一个非常简单的方法估计感兴趣的参数，估计过程中     

修正的迭代近似梯度投影算法在压缩感知中的应用

通过设计一种新的Hessian矩阵的近似,得到函数在当前迭代点的二次近似模型,并利用该模型与延迟策略得出一种新步长.结合新步长,提出一种求解压缩感知中稀疏信号重构问题的修正迭代近似梯度投影算法,并给出收敛性证明.实验结果表明,该算法不仅能较好地恢复原始信号中的非零元素,有效地重构信号,而且与经典算法相比,重构效率较高.     

沙漠区地震资料近地表吸收补偿方法研究

西部沙漠区地震勘探中,松散的近地表沙层导致了地震波能量,特别是高频成份严重吸收衰减,对此缺少针对性地震处理技术。为了消除近地表对地震波传播的影响,探讨了一种利用黏弹性波动方程波场延拓进行吸收衰减补偿的技术。通过微测井测量数据确定适合于工区的近地表黏弹介质模型,利用初至约束层析反演建立近地表速度模型;并根据近地表速度与品质因子的关系转换为近地表品质因子模型。最后通过基于黏弹介质的波场延拓将地表接收到的地震波下延到高速层顶,从而达到恢复地震波高频信息及拓宽有效频带的目的;该技术在实际资料应用后能有效拓宽频带10 Hz以上,取得了明显的效果。     

一种基于3D 网格分割的数字水印算法

为了提高三维模型数字水印的不可感知性,笔者提出了一种基于3D 网格分割的数字水印算法。该方法首先对三维网格模型分割,得到若干有意义的子网格。然后计算每个子网格的频域系数矩阵,将相同的水印信息添加到系数矩阵中,得到带有水印的顶点矩阵,从而获得带有水印的网格模型。实验结果表明：本算法对多种攻击具有鲁棒性,同时嵌入的水印具有不可见性,从而保持了模型良好的视觉效果。     

基于模糊系统聚类学习的自适应控制算法

在自适应控制最小方差自校正控制器设计中，当被控对象的数学模型未知时，可采用模糊系统代替实际系统。提出了一种新的模糊系统的聚类学习算法，根据初始聚类中心的选取原则，可以使最终获得的聚类结果是全局近优解。该方法只需计算一遍样本间的广义距离，即可完成初步的聚类，通过迭代运算可以使聚类结果得到进一步优化。仿真结果证明了自适应控制器的控制效果。     

基于PSO的自抗扰飞行控制律参数优化方法

提出了一种基于粒子群优化(PSO)的自抗扰(ADRC)超机动飞行控制律参数优化方法.分析了自抗扰超机动飞行控制律的参数取值和调节问题,讨论了扩张状态观测器(ESO)中非线性函数的系数对系统性能的影响,并给出了系统的性能指标函数.在给定的参数范围内,采用标准的PSO算法对ESO中非线性函数的系数进行了参数优化,优化结果表明:这种算法可以按性能指标搜索到近似的最优参数.采用该算法得到的参数对超机动飞行控制律进行了数字仿真.仿真结果表明:控制律具有良好的动态和稳态性能,该参数优化方法是有效的.     

多变量时滞过程的解耦内模控制及应用

针对工业过程中常见的多变量时滞输入输出系统,基于内模控制结构提出了一种解析解耦内模控制器矩阵的设计方法,该方法设计的内模控制器同时具有解耦器和控制器的作用。其优点是能够实现标称系统输出响应之间的近似或完全解耦,且用遗传算法对于解析模型进行降阶或近似处理,从而简化了推导解耦控制器矩阵的运算量;并可以通过调整内模控制器的滤波器时间常数来补偿被控过程的模型不确定性所导致的控制品质下降。用该方法对国产200MW火电机组带汽—汽换换热器的多变量强耦合再热汽温控制系统进行了控制系统的设计和仿真研究,仿真结果证明了该方法的有效性。并且在过程模型和过程失配时显示了较强的鲁棒性和抗干扰能力。     

飞机纵向非定常气动力建模与辨识

针对目前预测非线性非定常气动力状态空间模型求解复杂,考虑因素少的问题,提出了新的气流分离模型,建立了整合动态和静态气流分离特性并具有迟滞特性的非定常气动力模型。与传统的非定常气动力模型相比,该模型不用完成复杂的微分计算,降低了因微分计算造成的误差;同时,模型引入了新的影响因素-俯仰角速率,使模型物理意义更加明确;最后根据快速振荡风洞试验数据进行验证,结果表明:该非定常气动力模型能够描述气动力的迟滞特性,很好地拟合了风洞试验数据。     

A Designated Query Protocol for Serverless Mobile RFID Systems with Reader and Tag Privacy

Recently, a new type of Radio Frequency IDentification (RFID) system with mobile readers is introduced. In such a system, it is more desirable for mobile readers to identify tags without a back-end server, and thus it is frequently referred as a serverless mobile RFID system. In this paper, we formalize a serverless mobile RFID system model and propose a new encryption-based system that preserves the privacy of both tags and readers in the model. In addition, we define a new adversary model for the system model and show the security of the proposed system. Throughout comparisons between ours and the other alternatives, we show that our proposed system provides a stronger reader privacy and robustness against a reader forgery attack than the competitors.     

Co-mimics have a mutualistic relationship despite unequal defences

In the first clear mathematical treatment of natural selection, Müller proposed that a shared warning signal (mimicry) would benefit defended prey species by sharing out the per capita mortality incurred during predator education. Although mimicry is a mainstay of adaptationist thinking, there has been repeated debate on whether there is a mutualistic or a parasitic relationship between unequally defended co-mimic species. Here we show that the relationship between unequally defended species is mutualistic. We examined this in a 'novel world' of artificial prey with wild predators (great tit, Parus major). We kept the abundance of a highly defended prey ('model') constant and increased the density of a moderately defended prey ('defended mimic') of either perfect or imperfect mimetic resemblance to the model. Both model and defended mimic showed a net benefit from a density-dependent decrease in their per capita mortality. Even when the effect of dilution through density was controlled for, defended mimics did not induce additional attacks on the model, but we found selection for accurate signal mimicry. In comparison, the addition of fully edible (batesian) mimics did increase additional attacks on the model, but as a result of dilution this resulted in no overall increase in per capita mortality. By ignoring the effects of density, current theories may have overestimated the parasitic costs imposed by less defended mimics on highly defended models.