基于GPS的FAST望远镜馈源平台自动测量控制系统

500m直径大射电望远镜(简称FAST望远镜)的跟踪观测是由馈源的空间运动来实现,因此馈源在搜索运动过程中要保持很高的稳定性。就馈源平台自动控制系统对位置和姿态测量精度要求进行分析,提出了采用实时动态技术和全球定位系统(GPS)姿态测量技术进行馈源平台的实时监控,以实现整个FAST望远镜对宇宙射电源的自动化跟踪。介绍了GPS时实动态姿态测量原理和FAST监测系统的构成,以及姿态测量的数学模型和解算方法。该方法在50mFAST馈源模型上试验得到馈源平台中心点位精度为5.65mm、姿态精度0.345°可以满足FAST望远镜一次支撑的精度要求。     

基于STC89C52控制系统的校园送餐机器人设计

针对校园安全和学生送餐需求,设计了一种以STC89C52单片机为控制核心的全自动校园送餐机器人。送餐机器人由通过吸盘式直流牵引电磁铁连接的自主行走单元和外卖箱单元组成。控制系统作为送餐机器人的核心,由主控模块、红外传感器模块、超声波避障模块、电机驱动模块、电源模块等部分组成,具有路径识别和自主避障的功能,可以准确地识别目标路径。自主行走单元系统采用PWM调控机器人的速度,安装在机器人底盘上的新型集成红外传感器DRS3100对轨道形状及宽度进行循迹,并将检测到的信号传输给STC89C52,控制机器人左右电机的运转,进而调整运行方向或停止。应用超声波测距模块,通过单片机及程序的控制使送餐机器人在检测到距离障碍物20 cm左右时停止工作。使用运动函数控制机器人的动作完成全自动化送餐。在试制的样机上进行了机器人控制系统性能测试,实验结果表明,该送餐机器人运动平稳,适应能力强,具有很高的实用价值。     

大射电望远镜FAST馈源支撑两级调整机构联调机理分析

从运动学的角度分析了大射电望远镜FAST馈源支撑系统两级调整机构的联调机理,并运用空间矢量工具推导了运动学控制的数学模型.此外,还给出了精调控制方案、Stewart精调机构的控制策略、硬件结构和软件流程,并对总体控制系统做了说明.联调机理分析对实现FAST馈源支撑系统联调方面做了一次有益的探索,有助于FAST研究工作的进展.     

缆索机器人导向支撑机构动力学仿真研究

利用机械动力学分析软件ADAMS建立了气动式缆索机器人导向支撑机构的仿真模型,并得到了缆索机器人作业姿态角、支撑刚度、预紧力、支撑轮尺寸等因素对机器人本体作业偏移量的影响关系,为机器人设计参数的合理确定及优化设计奠定了基础.     

基于机器人操作系统的液压机器人自主导航系统设计与实现

在机器人两轮差速运动模型分析的基础上,根据运动模型的航迹演算公式可实时计算机器人轨迹姿态。基于机器人操作系统架构平台设计了机器人本体、机器人底座、驱动液压马达、导向轮、激光雷达等7个关节和连接的结构模型。各机器人关节坐标系变换关系经过Tf实时发布,用于计算机器人位置坐标信息。针对液压机器人没有配备编码器和视觉系统的不足,系统采用2D平面激光里程计模型(RF2O),通过建立连续激光扫描点对距离的流约束方程获得机器人平面运动估计,进而得出激光雷达的速度和机器人实际运行轨迹。设计了自主导航软件系统,实现了导航地图构建、定点任务导航和多机器人管理等功能,并对机器人定位导航精度进行了测试,分析对比多次指定位置和导航位置的数据差异,结果表明机器人导航定位精度达到设计要求。     

冗余驱动并联机器人多目标控制方法

冗余驱动并联机器人的关节自由度增加了运动的灵活性，但也增加了碰撞的风险.在多目标控制中，需要对其进行有效的避障控制，以保证机器人在执行任务时的安全性和稳定性.针对这一问题，提出冗余驱动并联机器人多目标控制方法设计.利用拉格朗日法对机器人运动特性展开分析，构建机器人运动方程；在径向基函数(Radial Basis Function, RBF)神经网络的基础上，采用自适应方法建立滑模控制器，并基于李亚普诺夫稳定性对滑模控制器展开修正，提高控制器的稳定性；应用连通性屏障控制和避障屏障控制策略，实现机器人的运动控制.实验结果表明，本文方法能够实现精准避障，且控制误差小、效率高、效果稳定.     

FAST台址环境对GPS-RTK测量精度的影响及应对措施

FAST（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope,500 m口径球反射面射电望远镜）是我国正在贵州建设的重大科学项目,建成后将成为世界上最大的单口径射电望远镜.其中FAST馈源一次支撑测量精度要求17 mm,将采用GPS-RTK与全站仪两种测量方式,本文主要通过实测数据分析FAST台址洼地环境对GPS-RTK测量精度造成的影响,并根据FAST台址地形图和馈源舱的运行轨迹制定相应的解决方案.     

FAST工程馈源舱结构设计

针对FAST工程馈源舱由六根钢索悬吊于空中,在百米尺度大工作空间内运动的特点,设计了可以安装多频段的馈源接收机并且满足轻型化、高屏蔽效能、高可靠性等要求的馈源舱,馈源舱内安装有AB轴机构、Stewart平台等精确调整机构,通过舱内的二级精调机构将馈源定位于瞬时焦点,并通过对馈源舱的力学仿真分析,确定馈源舱的整体的刚度值及变形量,为后续优化设计提供理论依据。     

室内移动服务机器人的避障与运动规划

提出一种室内移动服务机器人在未知环境的避障和运动规划算法.该算法通过分析超声传感器阵列探测的障碍物信息,确定机器人旋转的角度和半径,同时根据障碍物距离分3档调整运动速度,据此设计的实时避障算法,结合运动学模型实现了机器人沿障碍物轮廓行驶的行为,针对外凸、内凹和孤立等3种障碍物类型进行了试验,试验结果验证了算法的有效性.     

多模块式移动机器人系统的自组织协作行为

设计了一种新颖的、由4个基本功能模块组成的模块式移动机器人.针对多模块式移动机器人系统在复杂环境下的自组织协作行为,提出了目标趋向控制、多障碍物避障和自组织协调3种运动策略.分析了多机器人目标趋向运动的方向选择规则;描述了基于“感知 动作”的多障碍物避障控制策略,实现了多机器人连续避障并到达指定目标点;研究了多机器人的协调运动策略,通过多机器人协作完成了单机器人无法完成的搬重物、过台阶等任务.三维仿真结果表明了该控制策略对不同环境、多障碍物条件下多机器人协作行为的适应性.     

双臂巡检机器人位姿变化下沿悬链线行走能力分析

为解决双臂巡检机器人沿输电线行走过程中存在的行走轮受力不均,易打滑脱线等问题,提出一种移动关节主动调节方法.分别建立了传统的双臂巡检机器人、带柔索双臂巡检机器人和带移动关节双臂巡检机器人行走轮受力模型,对比分析发现:机器人在最佳位姿状态下,受力情况最好,不易发生打滑问题.建立了巡检机器人关节变化的动力学模型并设计主动控制器,对机器人行走越障和沿线行走两种工况进行了仿真模拟.所设计的控制器能够协助机器人完成大坡度巡航与行走越障工作,并能够有效抑制关节振荡问题,缩短响应时间.最后开展了机器人行走越障与不同坡度行走实验,表明所设计的控制器能够辅助机器人完成巡检任务,有效抑制了行走打滑问题.     

新型多单元串联巡检机器人机构研究与设计

针对超高压输电线路巡检机器人作业任务需求和输电线路障碍环境特点，提出了一种新型多单元串联的巡检机器人机构，每个单元由两个串联的平行四边形机构组成.根据机器人的越障机理及线路障碍物类型，规划出机器人的4种典型越障模式，给出机器人的主要结构设计参数，分析了典型越障模式下机器人手臂的工作空间.分析结果表明，该机构具备跨越500kV输电线路上典型障碍的能力，多单元串联的巡检机器人机构能够满足爬坡和转向条件下的越障运动需求.     

输电线巡检机器人位姿变化的柔性关节控制策略

为降低输电线巡检机器人的柔性关节输出速度的波动程度，采用极点配置方法设计柔性关节伺服驱动系统控制器参数.该参数的选择随机器人位姿变化而变化，从而使机器人柔性关节伺服驱动系统能够获得平稳的输出速度.首先建立了机器人柔性关节伺服驱动系统动力学方程，并求得电机转速到电机电磁转矩的传递函数；接下来将PI控制策略应用于柔性关节伺服控制，求得控制系统闭环传递函数；然后采用相同阻尼系数的极点配置策略设计控制器参数；最后开展了巡检机器人越障情况下变位姿工况的柔性关节控制实验，结果说明可通过适当选择极点配置参数使柔性关节获得良好的输出速度.     

缆索维护机器人系统的研制

缆索维护机器人是特种机器人技术在斜拉桥缆索维护方面的首次应用。提出了机械模块化的设计思想,研制了适于任意倾斜度缆索的新型爬升机构和各种工作机构。该系统可完成对缆壳的在线检测、清洗及涂装等一系列维护工作,并且克服了国内外斜拉桥普遍采用的人工方式进行缆索维护所带来的低效率、高成本、安全性差等缺点。     

输电拉线除锈机器人的设计与实现

为解决输电拉线的自动除锈防护难题,提出了一种新型拉线除锈机器人的总体方案,完成了行走、压紧、调节、除锈等主要机构的设计及控制系统的设计,构建了拉线除锈机器人的总体系统。基于SolidWorks创建了机器人三维实体模型,并应用ADAMS软件建立了机器人的虚拟样机,对其运动学和动力学特性进行了仿真分析,进而制作了实物样机,完成了现场试验,仿真和试验结果均证明了设计方案的可行性和有效性,实现了拉线表面的自动除锈和防护。     

电动连续式爬缆机器人设计理论分析与试验

在分析缆索曲线约束和爬升阻力等工作环境的基础上，提出一种采用铰链结构的电动连续式爬缆机器人结构模型，建立了其弹簧压紧力、车轮抱紧力等力学模型，并对样机研制实例进行了验算．研制的爬缆机器人具有液压控制的弹簧压紧装置，能在缆索上快速安装和安全收回．在实验室多次试验后，该机器人已在南浦大桥进行了现场试验．结果表明其能高效、可靠地爬升和涂装实际斜拉桥缆索全长．     

未知环境中机器人避障路径规划研究

针对人工势场法机器人路径规划具有目标不可达与存在局部极小值点等问题,提出了改进后的人工势场法模型,将未知环境中的障碍以网格地图的形式设计出来,使机器人通过感知来规避障碍朝目标移动。运用MATLAB GUI设定形成一个包含障碍与目标点的二维坐标系统环境,在其平面地图中使机器人从初始位置到期望位置进行最优轨迹移动仿真试验。试验显示,改进后的人工势场法能使移动机器人在未知环境中导航避开障碍并找出合适路径,以达到无碰撞要求。仿真结果接近预期效果,表明该方法能有效提高移动机器人在未知环境中路径规划的可行性及其避障的有效性。     

基于AVR单片机的清洁机器人控制系统设计

实现了一种基于ATmega128单片机的清洁机器人控制系统,包括硬件设计以及软件算法的实现.控制系统硬件部分传感器包括红外测距传感器,碰撞开关,红外测速传感器等.红外测距传感器、碰撞开关用来感知障碍物,红外测速传感器用来检测驱动轮的速度,电机为驱动轮以及清扫机构提供动力.本文软件部分采用了全覆盖路径规划算法,为环境建立固定坐标系,以沿边行走方式探测环境信息,实现了清洁机器人区域全覆盖行走功能.     

小型机器人避障的设计与实现

设计了一款基于MCS51单片机的智能机器人.该控制系统采用红外传感器来检测路面的预设障碍,使机器人能在一定区域内准确避开障碍行走,并且能够完成特定的任务.试验表明:该控制系统能够按照预定的要求实现对机器人前进、转弯、停止的精确控制,且系统避障迅速可靠.     

动态环境中基于遗传算法的机器人路径规划

为解决动态环境中足球机器人的路径规划问题,采用栅格法对机器人工作空间进行划分,用序号标识栅格,并以此序号作为机器人路径规划参数编码,建立了以路径最短、避障为优化目标的遗传算法个体评价函数.采用轮盘赌选择、重合点交叉、多种变异结合等方法完成了遗传操作.针对遗传算法易陷入局部最优的不足,在标准遗传算法基础上加入了复原操作和重构操作,使改进后的遗传算法收敛于全局最优.仿真结果表明:该算法能够成功地在动态环境里规划出一条近似最优的路径,算法是有效的