集成任务级与运动级协调的多机器人仿真系统

仿真验证是检验多机器人协调策略与算法的重要一环.为满足多种策略、算法验证的需求,研发多机器人仿真系统是必要的.为此,开发了一个集成任务级与运动级协调的多机器人仿真系统ColonySin,融入了基于合同网的任务分配和基于有限状态机的任务建模机制,为用户提供简单快捷的任务建模和分配接口.该仿真系统人机界面友好,独立于用户算法设计,能够实现多算法多任务验证功能.仿真系统的功能通过仿真实验进行了验证.     

模块化自重构机器人变形算法的仿真研究

自重构机器人是一个由众多模块组成的非线性复杂系统,非线性造成的计算复杂性使得传统的控制算法难以解决机器人的运动和变形规划问题。我们提出了一种全离散变形方法,针对不同的系统和不同的任务建立不同的模块运动规则,再由模块根据局部感知信息和相应的运动规则同步运动来获得合理的运动序列,实现全局变形。这可以大大简化自重构机器人变形的复杂性,简化变形步骤,并且实现自重构机器人的自组织变形。本文建立了仿真平台对几个典型的2维系统的变形算法问题进行了研究和验证。     

基于Unity3D的水下机器人半实物仿真系统

基于Unity3D研制了一种由地面控制终端、机器人本体和三维仿真系统3部分组成的水下机器人半实物仿真系统,为水下机器人开发过程中的性能测试、控制算法分析和人员操作培训提供了仿真和测试平台。该系统采用同一地面控制终端作为三维仿真系统和机器人控制系统的统一指令输入源,以实现虚拟对象和机器人本体的同步工作,可对系统进行实时监测、调参。采用多目视觉技术对机器人位置采集,对传感器数据进行卡尔曼滤波处理。机器人运动仿真试验结果表明,机器人实际运动路径和仿真规划路径基本相同,该系统动态响应性和控制系统同步性较好。     

新型6-(P-2P-S)并联机器人逆动力学仿真分析

针对一种新型6-(P-2P-S)并联机器人,介绍了该并联机器人初始正交位姿部分运动解耦的结构特点,推导出广义速度和系统内各刚体运动速度的运动学传递关系.应用拉格朗日方法分别对运动平台、连杆和驱动杆进行动力学计算,建立了该并联机器人的动力学模型.该并联机器人动力学模型是一个多变量、变参数的非线性系统,完整编写了该动力学模型的仿真程序,进行了逆动力学仿真实例分析,研究了驱动力变化规律,验证了该机构部分运动解耦的结构特点,进而为该并联机器人的控制策略研究提供参考.     

面向复杂系统运动仿真的信息物理融合建模

传统运动仿真的虚拟建模缺少针对复杂系统中信息子系统与物理子系统的动态性融合建模。融合传统运动学虚拟建模与信息计算的优势，针对运动仿真的精度和实时性难以满足实际工业制造需求的问题，提出面向复杂系统运动仿真的信息物理融合建模方法，并以机械臂的运动学控制为仿真案例进行验证，解决了实际环境中机械臂的驱动与仿真环境虚拟机械臂运动不一致的问题。搭建了复杂系统运动仿真虚实映射平台，集成了虚拟建模环境CoppeliaSim，融合实际机器人的运动反馈，和虚实映射计算模型，确定工业机器人运动方程的唯一位姿解。实验结果表明本文提出的方法实现了工业机器人的虚实映射实时运动仿真。     

仿生水下机器人运动仿真技术研究

以哈尔滨工程大学仿生水下机器人“仿生-Ⅰ”为研究对象,建立了其运动仿真模型。采用水下机器人六自由度空间运动模型,对仿生水下机器人与传统水下机器人区别较大的推进系统、操纵系统以及附加质量的变化等进行了阐述。利用该模型进行的运动仿真结果和“仿生-Ⅰ”水池试验吻合的较好,表明该仿真模型是符合实际的。本研究也为仿生水下机器人运动控制研究提供了平台,对今后的工作有较大的现实意义。     

视觉伺服空间机器人运动硬件仿真研究

对空间机器人操作臂与安装平台之间耦合关系进行了分析,建立了空间机器人各关键部件的模拟器,并组建起硬件仿真试验平台.基于该平台对空间机器人运动控制特性进行了研究,建立了基于视觉反馈的运动规划算法和关节电机闭环控制模型.对仿真过程中的延时环节进行了分析,并采用Smith预估的方法对系统延时进行了补偿.系统自主捕获仿真试验试结果表明,所采用运动控制算法能够稳定收敛于目标,仿真平台能够较好的完成对机器人控制和通讯能力的模拟测试及系统控制算法的验证.     

基于异步动态的多机器人系统的一致性

研究通过无线网络进行通信的多机器人系统的一致性问题。多机器人系统在固定通信拓扑下可建模为特定的网络控制系统,考虑信道噪声、不确定短时延和数据包丢失等因素的影响时,其可进一步视作由丢包率约束的异步动态系统。通过构造李雅普诺夫(Lyapunov)函数,运用线性矩阵不等式(linear matrix inequality, LMI)方法,得到了该系统指数稳定的充分条件。为实现多机器人系统的运动一致性,设计了控制器；讨论了不同的指数收敛率对多机器人系统收敛速度的影响,并进行了相应的理论证明和仿真验证。     

链式可重构模块机器人非同构构形仿真研究

可重构模块机器人系统具有多种构形来适应环境和任务的要求,其非同构构形的数量随着模块数量的增加呈指数增长。提出了一种新型链式可重构模块结构,机器人的模块数量可以根据需要选择。利用偏置关节和连接臂,该结构具有手动可重构和自动变形的特点。根据模块的物理结构和邻接关系,提出用构形矩阵来表达机器人的拓扑信息,并在仿真环境下进行描述;提出基于组合计数原理的递归算法,用于多模块变形机器人的非同构构形的计数,并根据构形矩阵对对机器人的对称构形进行判断。最后仿真设计了4模块和5模块可重构机器人的对称构形,验证了算法的可行性。     

图像反馈机器人视觉伺服系统仿真

机器人视觉伺服系统的研究是机器人领域中的重要内容之一，其研究成果可以直接用于机器人自动避障、轨线跟踪和运动目标跟踪等问题中。分析了基于图像雅克比矩阵的机器人视觉伺服方法的基本原理，通过创建子系统(sub-system)使得Marlab和Simulink有机结合，基于机器人Matlab仿真工具箱(Robotics Toolbox for Matlab)实现了六自由度Motoman-SV3工业机器人图像反馈视觉伺服系统的Simulink模型。采用该模型进行了机器人跟踪三维空间螺旋运动目标的仿真实验，结果验证了该方法的有效性。     

空空导弹系统仿真模型验证平台

文章介绍了空空导弹系统仿真模型验证平台。该平台基于CLIMB方案，将不同数据资源分为五个等级。利用等级高的数据库对产生等级低的数据库资源的模型进行验证。平台集成了工程上用于仿真模型有效性评估的统计检验方法。平台验证方法完备且具有良好的开放性，易于扩充。最后用实例说明平台的工作界面。     

基于LabWorks、pRTI的水下战分布交互仿真系统开发研究

分析了构建水下多武器平台作战动态仿真使用的综合环境的需求和意义,提出采用基于高层体系结构(highlevelarchitecture,HLA)先进的建模、开发软件平台LabWorks、pRTI来构建一个开放式、可扩展的水下对抗建模仿真综合环境的构想。并以单潜和单舰水下作战对抗过程为典型实例,研究了仿真系统总体结构及功能需求,并对水下仿真系统的联邦成员开发过程进行研究。目前所建成的仿真系统已投入运行,达到预期设计指标。     

基于仿真组件技术的CGF系统体系结构和实现

以仿真组件技术为基础,提出基于仿真组件的计算机生成兵力系统体系结构以及实现方法,介绍了CGF在虚拟测试、评估和先进概念体系结构论证中的应用。通过基于仿真组件技术开发计算机兵力的模型,能够灵活生成多种不同种类的兵力模型和适应不同的运行平台。计算机生成兵力的实体模型分解为设备组件、指控组件、作战平台组件和动作行为模型,利用系统高层建模方法的静态结构建模从兵力组成角度描述设备组件、指控组件和作战平台组件的组合和连接关系,基于状态机动态行为建模建立兵力平台的动作行为模型。通过代码自动生成技术生成仿真组件模型并进行测试,仿真引擎按照动作行为模型的状态调度相应的仿真组件,从而产生作战实体的行为。     

协同VPD基于HLA的ASP平台及其联邦集成

首先讨论了HLA在集成化虚拟产品开发的协同仿真平台中的研究进展,提出了基于资源管理联邦的协同仿真平台概念,解决了单联邦的不足。在此基础上,基于网络化制造的需要,讨论了ASP平台及其联邦集成,包括其体系结构（FIA）、联邦执行支撑环境（FEI）以及解决的关键技术,实现了多个异构ASP平台联邦集成,用户可跨平台点播,自动导航;开发的联邦集成系统已在北京网络化制造工程中得到了实际应用。     

自主式水下潜器导航仿真系统研究

基于Windows网络平台用VC 语言开发出了自主式水下潜器(简称AUV)导航仿真系统,论述了仿真系统的体系结构、网络通信和数据交换;详细介绍了仿真系统中运动载体计算机和导航设备计算机的软件实现方法和关键技术;对重力匹配和地形匹配算法也作了相应的介绍;对仿真平台进行了仿真验证分析。结果表明,该仿真系统结构合理可靠,各子系统采用的数学模型和仿真算法正确可信。该仿真系统可作为演示、验证和评估AUV导航系统正确性、有效性和实用性的先进手段和科学方法,并已得到实际应用。     

面向武器装备系列研制的灵境仿真研究

首先阐明面向武器装备系列研制的灵境仿真研究的重要性及其学科归属.根据实施约束条件,将本项研究定位于应用基础研究.基于90年代的计算技术基础设施,将VR仿真开发系统的技术目标设定为自学习、自优化、目标驱动的自产生式建模与仿真环境.在1995年已实现的人工智能嵌入面向对象编程AI+OOP形式化体系中,通过知识封装赋予对象以知识禀赋和似人的精神属性.把AIOOM开发平台提升到面向智能体层次.文章给出Agent设计及实现的形式化描述,并通过二个实例说明该系统的可行性和优势.最后,展望系统发展方向并指出待努力解决和问题.     

机器人系统的图形仿真

本文中我们按照面向对象的方法定义了一种通用的数据结构，用来描述机器人及其环境；给出了图形消隐算法和碰撞检测算法，实现了机器人的三维动画显示；完成了机器人示教仿真和典型任务仿真的功能。以上功能在单机器人系统和双机器人系统中均得到了实现，并且能奶容易地推广到多机器人系统。我们将根据自己的经验就机器人图形仿真的主要方面作一个较完整的介绍。     

船舶电力推进系统仿真与试验平台

运用虚机实电思想,搭建了一套船舶电力推进系统仿真与试验平台。该平台能够完成以下两个功能:可以实时进行虚拟船舶驾驶和虚拟吊舱操纵的三维可视化仿真;可以进行吊舱螺旋桨的负载仿真试验。该平台不但可以作为调试船舶电气控制设备之用,还可以用来培训船舶驾驶员,具有良好的经济和社会效益。详细介绍了其软硬件结构和组成,并对系统的实时性问题提出了解决方案。通过试验验证了该平台确能实现上述功能。     

基于高层体系结构的计算机生成兵力关键技术研究

为了研究基于高层体系结构（HLA，High Level Architecture）的分布交互仿真系统的开发，设计了一个基于HLA的计算机生成兵力（CGF，Computer Generated Force）系统。首先介绍了HLA的结构特点，然后介绍了CGF仿真系统结构的组成以及开发的关键技术，分析了开发基于HLA的CGF系统的关键技术。最后提出了一个基于HLA的CGF仿真系统的原型系统，该原型系统的开发对于今后的进一步研究和应用有很大意义。     

列车运控系统视景仿真的设计与实现

研究了一种基于虚拟现实技术的视景仿真系统,并将其应用于地铁列车运行控制仿真系统中。设计了基于数值分析的通信数据的拟合算法,很好的解决了视景输出的实时性问题。从视景仿真模块与列车运行仿真平台间的通信、场景模型的建立和简化、视景仿真程序等方面对该系统进行了介绍,并给出了视景仿真结果。该仿真系统已应用于北京地铁环线基于通信的列车控制（CBTC）实验线路的研究与开发。