基于AUV的航迹追踪自适应UKF算法

无迹卡尔曼滤波算法(UKF,unscented kalman filter)是一种常见的(AUV,autonomous underwater vehicle)加权统计线性回归航迹追踪算法,其算法冗余度低于(EKF,extended kalman filter)、(PF,particle filter)及(PSO,particle swarm optimization)等数值优化算法,且算法效率较高。然而,UKF控制算法中的系统采样时间间隔通常会被设置为常数,由此可能会产生预测值的误差累积,从而影响导航预测结果的精度。因此,笔者提出了基于AUV的航迹追踪自适应无迹卡尔曼滤波算法(AUKF,adaptive unscented kalamn filter algorithm),以期降低预测算法的累积误差。该预测方法依据标准UKF算法的原理,通过构造相应的约束、判断与反馈机制,调整系统状态方程中每一步的采样间隔t,从而提升算法的航迹追踪精度并减少过程噪声及传感器噪声对预测过程的影响。最后,通过仿真实验与结果对比,近一步验证了之前所提出的设想。     

基于旋量与包络理论的蛇形机器人安全攀爬

针对正交关节连接的蛇形机器人,文中提出了一种新的基于旋量与包络理论的螺旋攀爬运动研究方法.首先应用旋量理论对蛇形机器人进行运动学建模与求解,以降低传统D-H参数法建模的复杂性;然后基于包络思想分析蛇形机器人在攀爬运动过程中与圆柱杆的接触关系,提出了二值图像表示法来揭示机器人与圆柱杆的包络状态;最后基于弹性包络的分析结果,求得蛇形机器人的螺旋攀爬力,进而提出以安全攀爬力和攀爬系数为优化目标的控制参数优化模型.仿真结果表明,攀爬力与弹性包络状态间具有一致性,从而验证了文中提出的优化模型的正确性.     

高压电缆移动作业机器人机械手双闭环自主定位控制

为提高高压输电线路移动作业机器人作业过程的自动化程度及作业效率,在电磁传感器定位作业区的基础上,提出了一种基于BP网络和视觉伺服相结合的移动作业机器人机械手双闭环自主定位控制方法,并设计了双闭环定位控制系统,其中一个闭环采用BP网络求解机械手的逆运动学实现机械手的粗定位,另一个闭环通过视觉伺服获取特征参数实现机械手的精定位,通过粗定位和精定位相结合的方式实现作业机械手与作业对象的自主精准定位与对接控制.仿真实验将作业机械手与螺栓螺母的对准运动控制过程分解为X,Y,Z 3个方向的定位控制,通过控制算法的调节,3个方向的误差以较快的速度和较高的精度收敛到理想值,并且算法对于不同线路参数结构的引流板具有较强的适应性,满足了特种作业机器人控制实时性、稳定性及对于不同线路结构的自适应性的设计要求.通过引流板螺栓紧固现场作业试验验证了本文所提出方法的有效性和工程实用性.      

融合MT2503与MEMS传感器的惯性导航定位算法

为提高惯性导航室内定位算法的精度与连续性,提出一种融合MT2503与MEMS传感器的惯性导航定位算法,算法以MT2503芯片作为定位终端,并将加速度计传感器、陀螺仪,磁力计等传感器与其进行融合,通过加速度计传感器解算步长、步幅、步频,通过陀螺仪与磁力计来识别定位终端微动偏移量,最后在初始位置上累加定位终端位移得出定位终端实时位置。实验证实通过零速修正和卡尔曼滤波对误差进行校正,有效的解决了MEMS(micro-electro mechanical system)定位算法中存在的导航解算误差累积问题,提升了MEMS惯性导航室内定位算法的精度。     

泡沫堵水体系工艺参数优选实验研究

针对海上油田长期水驱开发后油井水窜严重、含水率过高严重影响油井质量的问题,通过室内实验,对泡沫堵水体系进行了评价优选:确定SD型起泡剂的最佳质量分数为1.0%,HK海水速溶型聚合物为稳泡剂,最优质量分数为0.1%。综合上述实验结果,得到最优泡沫堵剂体系为1.0%SD型起泡剂+0.1%HK海水速溶型聚合物。通过泡沫堵水三维模拟实验装置,对泡沫注入参数进行优选,实验结果表明,该泡沫体系最优段塞注入量为0.3～0.5 PV,最优注入时机为含水率80%～90%时,此条件下三维岩心综合采收率提升幅度最大,分流效果最佳,且注泡沫后含水率下降漏斗最为明显。     

超高性能轻型组合桥面UHPC-沥青面层层间黏结性能研究

UHPC下承层与沥青面层牢固黏结对延长桥面使用寿命,避免滑移、脱层等病害十分重要.采用有限元分析和室内试验,研究不同类型黏结剂、环境温度等对UHPC-沥青面层层间黏结性能的影响.复合试件剪切试验和拉拔试验表明:环境温度对UHPC-沥青面层层间强度有较大影响,高温(60℃)下层间黏结强度较常温(20℃)时有显著下降;KD-HYP环氧、202环氧较环氧沥青、壳牌HV、橡胶沥青表现出更佳的黏结性能;环氧沥青高温黏结性能优于壳牌HV、橡胶沥青,但常温下三者无明显差别.洞庭湖二桥有限元仿真计算得出,UHPC-SMA层间最大剪应力在20℃(常温)和60℃(高温)时分别为0.696MPa、0.422MPa,层间最大法向拉应力分别为0.167MPa、0.152MPa.研究表明,洞庭湖二桥在超载、紧急制动及动荷载等最不利荷载组合下,KD-HYP环氧和202环氧能满足常温和高温条件下层间黏结性能要求,并且具有足够的安全储备;而壳牌HV、橡胶沥青和环氧沥青无法满足高温层间黏结性能要求.     

羽毛球自动收集装筒一体机设计

专业的羽毛球运动员使用专用的羽毛球发球机配合训练,但需要花费大量的时间去整理地面上的羽毛球。对此,设计了一种可自主行走捡球的装置,包括捡球、球头调整、装筒等机构,并以外型引导与羽毛球分段装筒实现了羽毛球朝向的调整与装筒。基于Inventor软件对装置的零件进行设计分析,验证了装置内零部件的强度满足在整个运行工作过程中所需的机械强度,这表明该装置的设计合理可行。     

机器人表现力与主动性在交互中对用户的感知影响

探讨人与"智能"机器人系统进行交互过程中机器人行为方式对人类主观感知的影响。通过利用自动化抽屉的2个自变量:"表现力"与"主动性",研究20位测试对象与一组自动化抽屉进行交互并合作完成装配任务的过程。结果表明,有"表现力"的自动化设备能展现出机器的参与感,使用户表达出对交互感兴趣;而机器人的"主动性"可能会对用户的地位感知产生下降的负面影响,相应的机器人的"表现力"却对此没有太大的影响。在设计与人类协作的具有一定社交功能的机器人时,应该建立注重机器人的"表现力"、警惕"主动性"的设计原则。     

嗅觉搜索机器人的单目视觉室内定位技术研究

针对室内嗅觉搜索机器人定位问题,提出一种基于最小二乘高斯核支持向量机的单目视觉定位算法.首先,利用最小二乘高斯核支持向量机,可将机器人在图片中像素位置与真实场景中位置间的非线性映射转化为带高斯核的线性映射;然后,运用k重交叉验证方法对映射关系模型进行训练,获取优化模型参数;最后,利用单目摄像头采集机器人运动的连续图像,并根据机器人平台与其背景间的灰度差异特征实时识别图像中目标机器人平台,计算得到机器人平台形心在每一帧图像中的像素位置,进而映射出机器人平台在室内环境下的实时动态位置.实验结果表明:此定位方法能够为移动机器人在室内环境下提供高精度和无累积误差的实时定位信息;算法的精确性和可靠性得到了充分验证.     

基于K-means聚类的可见光通信室内定位系统的研究

本文设计并搭建了一种定位精度高、系统简单的可见光通信室内定位系统.在发射端使用频分多址技术编码光标识码,以发光二极管灯具为信号源发射定位信息.在接收端对接收到的混合光信号进行傅里叶变换,将基于频分多址编码的光标识码在频域上进行分离,从而获取各个发光二极管的光标识码和光强数值.同时,通过多次光信号数据测量,进行K均值聚类迭代选出最优点,可以消除三边定位算法的突兀点和方程无解的问题,以此得到高精度的定位坐标.通过理论推导和实验测量,本系统的定位误差为3±3cm.本文所提出的室内定位方案系统简单可靠、定位精度高,使可见光通信室内定位技术进一步接近市场应用.