一种蛇形机器人蜿蜒运动的实现及环境适应性研究

生物蛇数量众多的脊椎骨以及无足的身体结构,使其形成了特殊的蜿蜒式前进步态,能够广泛适应于草地、沙漠和湖泊等起伏地形,这种节律性的运动方式被证明是由中枢模式发生器(CPG)控制的.利用Hopf振荡器的稳态特性建立了能够实现蛇形机器人蜿蜒步态的CPG步态控制网络,依据蛇形机器人的模型仿真器得到了控制蜿蜒运动的CPG网络参数,并利用该网络的输出蛇形机器人成功实现了前进.根据Hopf振荡器对控制参数突然变化的良好适应性,通过在线调整得到了新的输出.讨论了面对复杂环境时蛇形机器人转弯运动的实现以及改变蛇形机器人身体S波构形来提高其环境适应性的方法.在蛇形机器人样机上的实验证明了基于CPG的运动控制方法在蛇形机器人蜿蜒运动上的有效性.     

煤矿救援蛇形机器人的研制与控制

针对煤矿灾后复杂的特殊环境,研制了一种具有内圆箍无外圈的叶片轮式蛇形救援机器人。该机器人总长度为1 m,共5节。由蛇头、蛇身和蛇尾组成,其中,蛇头部分由传感器组和夜视仪组成;蛇身部分由5个单元模块、5个连接板、4个正交关节、2个速度舵机组成;蛇尾部分由主控制器、避障模块、通信模块和动力源组成。通过控制正交关节处的方向舵机实现机器人蜿蜒、直线、伸缩、抬头等位姿的改变。机器人的移动机构采用自制叶片轮驱动,具有更好地翻越、攀爬障碍物的能力。通过2个速度舵机驱动10个直流减速电机带动10个叶片轮前进,从而实现控制蛇形机器人运动速度的目的;在此基础上建立机器人运动步态数学模型,分析模型中各个参数对机器人不同运动步态的影响,找到最佳运动参数。在模拟的煤矿巷道中,将仿真得到最佳运动参数运用到对蛇形机器人的运动控制实验中。实验测试表明当蛇形曲线初始角为π/4,机器人偏转角的比例系数为2π时,蛇形机器人蜿蜒和伸缩运动效果最佳。当参数在5到15之间时,蛇形机器人抬头运动效果最佳。该研究为蛇形机器人进一步完成煤矿救援任务奠定了基础。     

水下滑翔蛇形机器人结构设计与动力学建模

为了研制一种新型的具有高续航力和高机动性的水下滑翔蛇形机器人,提出一种适应其细长体外形、多模块特点的运动调节机构.基于动量定理、动量矩定理以及递推牛顿-欧拉法,分别建立滑翔运动和蛇形游动的动力学模型,模型充分考虑了附加质量力、流体力和流体力矩等影响因素.最后对建立的模型进行闭环控制仿真分析,结果证明了机械系统的有效性以及动力学模型的有效性.     

基于旋量理论的蛇形机器人运动学建模

针对传统的D-H参数法需在每个关节上建立局部坐标系、建模过程复杂、几何意义不明确且求逆解易产生增根等不足,文中对具有关节多、结构冗余度高的蛇形机器人运动学建模展开研究,提出了基于旋量理论的蛇形机器人运动学建模方法,证明了D-H参数法与基于旋量理论的建模方法的等价性,并基于旋量理论的指数积公式求解了蛇形机器人的速度雅可比矩阵,建立了蛇形机器人速度模型.使用Adams软件对蛇形机器人进行运动仿真,测量所得的末端执行器线速度和角速度曲线与Matlab计算所得的末端执行器线速度和角速度曲线一致,结果表明了旋量理论建模方法的正确、简捷和有效性.     

基于C8051F023的多叶光栅叶片控制模块的设计

多叶光栅是精确放射治疗必需的设备之一。目前临床上多使用多叶光栅代替传统挡铅完成三维适形治疗和静态调强治疗,动态调强治疗所要求的对多叶光栅叶片速度控制的实时性和高精度一直难以实现。针对动态调强对叶片控制的要求,以C8051F023为核心处理器,结合专用电机驱动芯片NJM3771D2,设计了多叶光栅叶片控制模块。并发展了PID闭环控制方法,对多叶光栅叶片的运动位移和速度进行了实时反馈测速、分析和PWM输出调节,实现了对多叶光栅叶片运动位移和速度的精确控制,满足多叶光栅动态调强对叶片的控制要求。此模块设计结构简单,稳定可靠,控制精度高,将应用于具有动态调强功能的多叶光栅系统的实现中。     

基于模拟CCD传感器和图像矫正的自循迹机器人设计

设计了一种基于模拟CCD图像传感器和图像透视矫正算法的自动循迹机器人。分别完成了机器人的总体设计和软硬件设计。该循迹机器人以32位单片机MK60DN512ZVLQ10为主控制器,采用模拟CCD摄像头获取黑色引导线信息,并转化为有效的舵机和电机控制量。为提高控制精度,利用PID控制算法实现机器人的闭环控制。由于采集的图像存在梯形失真,所以利用图像透视变换对原始图像校正,实现机器人精确的循迹。测试结果表明:该循迹机器人对场地适应性强,具有低成本、低功耗等优点,在核辐射和高压电等特殊环境下有很大的使用价值。     

基于Webots的蛇形机器人蜿蜒步态规划及偏移补偿

仿生蛇形机器人对复杂环境具有良好的适应性,应用前景广泛.针对蜿蜒运动初始时刻的突变问题和运动过程中存在的偏移问题,提出优化方程,并对蜿蜒运动步态进行规划,研究了模型参数对机器人运动速度、偏移的影响,分析运动控制参数,并对运动步态偏移进行补偿.通过Webots仿真实验表明:运动控制参数决定了蛇形机器人的运动形状、偏移量及转弯特性,可以有效避免侧向偏移,对蛇形机器人高效的运动控制具有较为重要的借鉴意义.     

基于力和视觉的未知平面内机械手伺服控制

研究机械手对未知平面内直线和圆形轨迹的跟踪方法,在跟踪过程中,保持末端执行器与未知平面之间接触力恒定.该控制系统采用视觉和力的双闭环控制结构,利用双目立体视觉系统实现对未知平面法线方向的估计,实现对水平面内运动分量的视觉伺服控制;应用力传感器感知末端执行器与未知平面之间的接触力,实现对末端执行器在垂直方向运动分量的控制.应用MATLAB机器人工具箱进行仿真实验,验证控制策略的有效性.     

履带式排爆机器人底盘双电机速度同步控制研究

履带式底盘结构机器人具有越障性能好、转向半径极小、牵引附着性能强和良好的自复位性等特点,可满足排爆机器人在复杂环境条件下作业。在建立单节双履带式底盘运动模型的基础上,选取同等控制方式作为控制策略。为提高采样精度,设计并实现了不完整波形采样算法,减小了低精度码盘对闭环控制带来的不利影响。提出了基于继电器方法的PID自整定方法,系统反应迅速,超调量小。通过实验研究,机器人在运动过程中位姿保持稳定,控制性能良好。     

轻工包装机器人专用运动控制系统设计

分析轻工包装机器人运动控制系统的特点,提出一种低成本、高性能的专用运动控制系统,并进行了软硬件分析与设计.系统采用Cortex-M4内核的STM32F407为主CPU,运动控制芯片PCL6045BL为从CPU的主从CPU结构,将Cortex-M4在人机界面,通信接口与运动控制规划上的优势与PCL6045BL高控制精度的优点相结合.软件上通过移植μC/OS-II与μC/GUI实现实时系统运行与人机交互,编写相应的应用程序实现对机器人的控制,最后通过插补实验对机器人控制系统进行验证.     

墨盒在运动控制实验装置中的新应用

为了解决运动控制实验装置中,只能将半闭环实验结果描绘出来的弊端,研究了一种在装置中通过单片机控制喷墨打印机的墨盒,并借助计算机串口的实时通讯,在介质上将全闭环实验结果真实描绘出来的系统.给出了墨盒喷墨的原理,单片机控制方法和实际应用电路.在X-Y运动控制实验平台上的实验表明,此种方法能够成功地将全闭环动、静态运动轨迹形象、真实地绘制出来,验证了此方案的合理性与有效性.     

机载相机伺服系统设计

介绍了某机载相机伺服系统,对其工作原理、基本结构、控制方案、校正设计等进行了分析探讨。设计了主芯片外围电路、角位置检测等硬件电路以及位置、速度、电流三环控制系统。实验结果表明,该系统通过硬件和软件的合理设计,具有较好的动、静态性能。     

基于DSP的无位置传感器无刷直流电机控制系统

介绍一种基于DSP的无位置传感器无刷直流电机控制系统，采用端电压过零检测方法提取转子位置信号，利用DSP的优越性能消除了深度滤波，采用预定位的起动方法并进行了详细分析。构建了电流速度双闭环系统，简述了实现该控制系统的软件和硬件设计方案及控制策略，并给出了试验结果。     

压铸机闭环控制系统设计

本文系统地介绍了压铸机计算机闭环控制系统的设计。在硬件方面，输出输出板均采用了光隔，抗干扰能力强。在软件设计上，采用定时中断，即实现了高速采样，又可周期性地扫描输入输出端口的状态，循环发生动作指令，这种模拟可编程控制器的程序设计方法，大大提高了整个 系统的性能。     

前馈-串级控制在电梯门控系统中的应用

针对传统电梯门控系统存在的故障频发问题,提出了一种故障自抑制控制方案.该方案基于前馈-串级控制理论,在传统的转速-电流双闭环调速系统上增加了前馈控制.介绍了电梯门控系统的总体结构及工作原理,并给出了基于TMS320LF2407A DSP芯片的电梯门控系统的硬件及软件设计方案,引入简易光电码盘实现转子位置检测,去掉了4个双稳开关,降低了成本和维护量.通过实验及现场运行,结果表明:所设计的系统降低了电梯门控机的故障率,稳定性好、精度高,满足了门控系统的性能要求.     

80C552单片机控制IGBT逆变焊机的研究

以半桥式逆变焊机为例,研制了以８０Ｃ５５２单片机为核心的控制系统,介绍了该控制系统的控制原理及硬、软件的组成．经过实验研究表明：采用该系统控制自行研制的ＺＸ７－５００ＩＧＢＴ焊机,焊接参数稳定,电流控制精度为２Ａ,并具有恒流带外拖静特性和动特性响应速度快的特点．     

一种新型自学习智能控制器研究

本文结合工程实践经验，基于传统控制方法和智能自学习控制思想，提出了一种切实可行的新型智能控制器，并应用锥稳定性定理为闭环系统建立了稳定性分析，给出了ｌ２稳定性结果。     

基于PMAC的3-RRRT并联机器人控制系统的研究与开发

结合3-RRRT并联机器人的需要,以“IPC＋PMAC”为系统的硬件平台,基于Windows2000操作系统开发了并联机器人控制系统．本文着重介绍了系统的硬件结构、控制面板开关量的设置和控制面板功能的实现．     

Windows环境下自调匀整系统实时控制的研究及其在针梳机上的实践

随分工控机(IPC)越来越多地应用于自调匀整系统中，如何在Windows环境下实现自调匀整系统的实时控制就成为一个虽待解决的问题。首先分析了Windows下实时控制实现的难点，提出了VxD和Win32程度相结合的方案；然后以开环自调匀整系统为重点，根据开环自调匀整系统的一般模型，提出等距离采样一匀整控制算法，该算法能够较好地解决圈量和匀整的配合问题；最后以针梳机为例，给出硬件和软件的实现方法。提出的实时控制的实现方法不仅适用于开环控制系统(即使高速并条机自调匀整装置)，对于闭环、混合环也有一定的参考价值。     

基于纵向滑移率均衡的车道偏离辅助控制研究

提出了一种无压力闭环的差动制动实现车道偏离辅助的控制方法.根据车辆和驾驶员参考模型确定纠正车道偏离所需的目标横摆角速度.采用滑模算法设计横摆角速度跟踪控制器,确定附加横摆力矩.基于纵向滑移率均衡设计车轮制动压力调节策略,限制车轮最大滑移率,以提高车辆横向稳定性.设计模糊控制器对压力建立过程进行伺服控制.在Carsim/Labview-RT联合仿真平台上对提出的方法进行硬件在环仿真试验,试验结果表明,所提出方法能有效避免车辆偏离车道,鲁棒性强,且车辆横向稳定性好.