设施农业喷雾机器人的组合视觉导航方法

温室环境下,针对喷雾机器人在直线路径行驶时会存在偏差,在转弯路径处又需迅速获得导航信息的情况,设计一种导航线和QR码组合的视觉导航算法.在直线行驶路径贴上红色导航线,对采集到的图像处理后获得偏差、偏角进行方向修正,实现直线行驶精准导航.但导航线导航在转弯行驶时存在转弯效率低、偏差大等问题,因此设计QR码导航方法,通过识别贴在转弯处的存储有导航和决策信息的QR码,完成转弯处的迅速精准导航的要求.采集各种工况下导航线和QR码图像各120幅进行算法验证,导航线的平均纠正率为93.33%,QR码平均识别率为92.50%.导航试验结果表明:行驶速度在2.0 m·s~(-1)时,导航线和QR码的最大导航偏差分别为2.0和3.5 cm,满足喷雾机器人导航的实时性和准确性要求.     

基于单线激光的果园机器人自主导航方法

以四轮差速机器人作为试验平台,提出一种基于单线激光雷达获取环境信息的方法,研究机器人在树行中心线的导航性能以及机器人到达行尾进行自主换行的能力.首先,由单线激光雷达获取环境信息,利用距离阈值法、自适应密度聚类算法、改进的最小二乘法等算法处理激光数据,得到树行中心线作为机器人理论导航路径,以机器人与导航路径的横向偏移量、航向偏角和线速度作为输入量来设计控制模型实时跟踪导航路径,到达行尾时能够自主感知并执行掉头转弯至下一行动作;行间自主导航试验中,机器人线速度分别为0.2、0.4和0.6 m/s,且机器人初始位置横向偏移量不大于0.8 m、航向偏角不大于15°时,导航轨迹与树行中心线的平均横向偏差为3.69 cm,最大横向偏差为11 cm;在自主换行测试中,机器人能够准确进行掉头转弯到下一行,然后继续进行行间导航.果园自主导航系统具有良好的运行稳定性和较高的导航精度,能够满足果园作业机器人的自主行驶精度要求.     

基于机场跑道异物智能探测与清扫系统研究

科技的发展,对机场跑道异物的探测与清扫提出了新的需求。为了减少机务工作强度和提高飞航安全,探索研究以机场FOD巡检机器人、远程监控平台为主要载体,通过研究多源信息融合的自主导航、高精度定位及路径规划、信息融合体系结构等关键技术,设计机场跑道异物智能探测与清扫系统。系统依靠视觉传感器来识别跑道异物,定位导航单元判别跑道上异物的方位,进一步告知控制执行系统,形成新的导航决策方案,做到了巡检机器人通过自动导航控制抵达异物附近时,启动清扫装置,完成异物清扫工作,减少跑道异物对飞航安全的威胁。     

头盔式激光扫描系统WHU-Helmet

轻小型穿戴式激光扫描系统具有成本低、体积小、易操作的特点,为室内外一体化三维地理信息获取提供了一种可行方案,是传统移动测量系统的有效补充。相比现有手持及背包激光扫描系统,基于头盔的观测平台与用户视线保持方向一致,具有“所见即所得”的特点,让作业人员双手得到了解放。以自主研发的头盔式激光扫描系统“WHU-Helmet”为对象,设计了基于多尺度正态分布变换的LiDAR-IMU SLAM算法,实现了在室内外环境无缝的实时三维点云数据获取。以两个典型室内外环境为实验区域（办公楼、地铁站）,将“WHU-Helmet”获取的三维点云与地面式激光扫描系统获取的三维点云对比,平均误差小于0.44 m,均方根误差小于0.23 m,表明了头盔式激光扫描系统在室内外一体化三维测图中具有巨大的潜力。     

交通信号灯智能控制系统设计与实现

研究了运用PLC技术的交通信号控制系统，用简洁的软硬件使其智能化程度更高。采用PLC与计算机之间的通讯链接技术，完成交通对象的复杂控制。并运用模糊控制原理，将人的控制经验及推理过程纳入系统自动控制当中，使车辆行驶和道路导航实现智能化。     

基于ROS的移动机器人导航系统研究与仿真

针对移动机器人的自主环境感知与自主导航问题,本文提出了一种基于机器人操作系统(ROS),并结合同步定位与地图构建技术(SLAM)与路径规划的多目标点导航方式。首先利用GAZEBO仿真平台建立基于阿克曼结构的四轮机器人和仿真环境。然后利用SLAM技术,构建仿真环境的二维栅格地图。最后利用多目标点导航算法,开展机器人针对多个目标区域的自主导航测试。并通过调整TEB参数,优化机器人的运动轨迹。实验结果表明:机器人有效完成了多个目标区域的自主导航任务,并且规划路径较为合理,运行过程较为平稳。     

基于足绑式INS的行人导航三轴磁强计在线校准

基于低成本微电子机械系统(MEMS)惯性传感器的足绑式惯性导航系统(INS)是行人自主导航常用的一种方式,足绑式INS可与磁强计组合来约束航向角误差,但磁强计存在误差需要校准。该文提出了适合行人导航的磁强计误差模型和在线校准算法。根据磁强计的误差特性和足绑式INS的机动性,建立了磁强计误差变量的状态方程和观测方程,利用扩展Kalman滤波器(EKF)对三轴磁强计误差进行在线估计和实时校准,利用零速修正(ZUPT)算法和磁航向角约束算法对足绑式INS的误差进行约束。为验证算法的有效性,在操场进行了一圈徒步行走实验。实验结果表明:使用磁强计误差在线辨识和校准算法后,与未进行磁强计误差校准相比,行人导航东向终点误差由-110.7m减小到1.8m,北向终点误差由37.8m减小到5.2m,磁强计误差得到有效校正。该算法实现了基于足绑式INS的行人导航磁强计误差在线校准,大幅提高了行人自主导航的定位精度。     

基于接触单元法的复杂机构有限元分析

针对混合臂式高空作业车作业臂的复杂构型,提出以三维接触有限元方法分析其强度.为了验证三维接触单元建模方法的有效性和分析影响结构应力分布的因素,首先以此方法对简支梁进行强度分析,并与传统的自由度耦合法、界面单元法和理论解析方法的分析结果进行比较.结果表明:接触单元法具有更高的精度;接触摩擦系数和接触刚度因子对全局应力分布的影响很小,与理论分析结果的最大误差小于7%,而接触面间穿透量的允许误差因子的影响可以忽略.最后使用包含摩擦的接触单元法建立作业臂的有限元分析模型,其中的液压缸支撑采用实体单元和弹簧单元综合建模的方式.通过与实验结果进行比较发现,有限元分析结果的误差低于15%,证明了此分析方法具有良好的精度和实用性.     

浅谈科技推广示范对农业现代化发展的应用研究

2015年148团依托国家农业综合开发项目科技推广措施,引进农机导航自动驾驶系统4套,示范播种面积4 000亩。该系统通过现代高新技术和管理技术的应用,使农机车辆严格按照直线或设定的曲线路线行驶,结合线整齐,并且自动对齐作业结合线,不会出现同一块地重复作业,也不会在中间出现遗漏,大大节省了时间和燃油的消耗。从而降低生产成本,实现提高劳动生产率、农业资源利用率和经济效益的目的。为兵团大规模推广机采棉提供了良好的条件。     

智能信号灯控制系统设计

运用PLC技术进行智能信号灯控制系统设计,采用PLC与计算机之间的通讯链接技术,完成交通对象的复杂控制,从而使车辆行驶和道路导航实现智能化.     

一种自主移动机器人智能导航控制系统设计

提出一种实用的自主移动机器人智能导航控制方案,以研制的模型样机HN-9为例,阐述了其具体实现技术.机器人采用扫描式超声波实现作业环境的探测,基于码盘和电子罗盘的组合导航子系统实现定位估计,利用模糊决策子系统产生反应式智能导航控制行为.仿真实验及模型样机的实际运行效果验证了该系统构成的可行性.这种模块化的低成本设计方案便于在移动机器人的嵌入式控制系统上实现,便于对已有移动机器人系统进行改造以实现自主导航功能,用以提高操作机动性与可靠性.     

PLC控制的光电导引式AGV的设计与实现

利用西门子S7-200CPU226PLC作为控制核心设计了一种AGV。采用光电传感器作为导航传感器进行路径识别,通过PLC控制使其按照预定的路线行驶,并能自主判断货物方位和将货物运送到指定位置。实验测试表明,该AGV能够自动搬运货物,对提高劳动生产效率具有较高的实用价值。     

一种具备自动增益控制功能的宽带正交解调器

为了实现无线电接收机对多个通信标准的兼容和对信号链路增益的自动调节,提出了一种适用于宽带(0.8~2.7GHz)接收机并具备自动增益控制(AGC)功能的正交解调器。该解调器的信号主路上采用一个宽带设计的射频可变增益放大器和一个中频可变增益放大器,频率变换则通过一个增益可调的吉尔伯特单元实现。在信号反馈环路上采用一个均方根功率检波器检测输出信号的幅度并转换成直流电压,然后通过检波器输出的直流电压控制主路上各个模块的增益,从而形成一个AGC闭环系统。该解调器仅采用模拟电路实现AGC功能,避免了传统数字辅助型AGC需要大量端口、算法实现复杂和精度受有限步长的限制等缺点。该解调器在0.18μm BiCMOS工艺平台下设计并流片验证,测试结果表明:在0.8~2.7GHz内,正交解调器的可调转换增益范围为-36~36dB,解调带宽为100MHz;最大增益下噪声系数为9dB,正交相位误差1.6°,幅度误差为0.9dB。     

一款AGV磁导航传感器的设计

在工业自动化的发展过程中,AGV（自动导引车辆）广泛投入使用,目前应用较广泛的导航方式之一是磁条导航,它具有对环境要求低、安装简单、易维护、成本低等优点。设计了一款AGV磁导航传感器,该传感器以ARM Cortex-M3为核心、RS232C线驱动和磁导航模拟前端设计硬件实验平台,实时采集磁导航信号,采集到的信号通过对数-双曲正切函数的鲁棒自适应滤波算法,减小AGV行驶过程中的偏差,在C/OS Ⅲ微型操作系统进行任务循环调度,通过人机交互界面观测传感器实时状态,对AGV的运行轨迹进行修正。根据实验数据和仿真结果表明：使用该磁导航传感器的AGV行驶偏差较小,车身更加平稳。     

基于GIS与约束条件下的最优路径规划研究

根据无人地面车辆自主导航的需求,提出一种给定任务点的约束条件下的最优路径实现方法. 首先基于地理信息系统（GIS）平台构建为车辆行驶提供先验信息的GIS数据库,并设计研究基于计算几何的路段匹配算法,同时结合A*算法进行全局路径规划. 然后根据无人地面车辆的运动特性和对路口识别的需求提出了新的路口模型,同时为保证无人地面车辆行驶轨迹的平滑性和对路口识别的精确性,对路口轨迹和U-turn轨迹进行了算法设计. 最后提出了动态重规划的行驶策略. 实际跑车实验证明了该设计算法的有效性.      

基于模糊控制的自动引导车实验研究

近年来国内外对自动引导车的理论及应用研究受到越来越广泛的关注,特别是对所进行的实验研究,具有深刻的实际意义.该文介绍了一种自行研制的三轮自动引导车,其两前轮为驱动轮,后轮为一万向轮,车体采用金属框架结构.主控单元为P87LPC769单片机,通过模糊控制技术对自动引导车直线、转弯行驶进行实时控制.实验结果表明该模糊控制算法的有效性.     

基于单探测器的低轨航天器X射线脉冲星导航算法

近年来脉冲星自主导航技术飞速发展,即将在低轨道(LEO)航天器开展验证。为了适应低轨航天器载荷轻量化、小型化的需求,研究了基于单探测器的X射线脉冲星导航扩展卡尔曼滤波算法,并针对单脉冲星导航和轮流观测多脉冲星导航两种方案,分别进行了算法仿真。仿真结果表明,仅观测单脉冲星无法实现长期自主导航,但能够将轨道预报误差降低25.9%,提高短期自主导航精度。而单探测器轮流观测多脉冲星可实现长期自主导航,其导航误差达到514 m,与多探测器同时观测多脉冲星传统算法相当。     

汽车液压防滑控制系统及其电子控制单元

本文阐述了汽车液压防滑控制系统构成、控制原理、电子控制单元的设计,桉心部件采用双CPU结构,通过相互通讯保证程序的正常运行,通过相互监控保证制动的稳定性。此外,电磁阀、电机的驱动和检测、电源监控模块等电路共同组成本电子控制单元,通过装车运行,证明了本防滑控制系统双CPU电子控制单元设计的成功。实现了防抱死制动系统（ABS）和驱动防滑控制系统中的电子差速锁（EDS）的功能。     

GPS接收机在探月高速再入返回中的应用

在我国探月工程3期高速再入返回飞行任务中,惯性导航单元（IMU）为主要的导航敏感器.针对惯性器件误差累积特性引起测量误差恶化问题,提出了一种适用于高速再入返回场景、轻小型化、快速定位的GPS接收机,可与IMU数据融合实现轨道误差修正.飞行验证结果表明:GPS接收机在轨道高度4 911.3 km处实现首次定位,飞行过程中有效定位时间达16 min,两次穿越大气层中"黑障"区域.精度评估结果表明,GPS接收机位置均方根误差为3.67 m:速度均方根误差为0.19 m/s.该GPS接收机满足探月高速再入返回飞行任务要求,也可应用于中低轨道微小卫星和深空再入返回航天器.      

考虑融合多传感器误差项优化方法的定位技术研究

为了实现移动机器人的精确自主定位,根据不同传感器的测量原理定义了视觉误差和惯性测量单元误差项,采用基于图优化的思想构建一个最小二乘问题的位姿估计器数学模型,并把多种传感器的误差项添加到估计器中,使用优化工具求解出最优的位姿,实现多传感器的融合定位。通过在仿真实验平台上运行公共数据集,实验结果表明单传感器的定位方案因为尺度模糊和累计漂移的问题在绝对位姿误差平均值达到7.942 m,而融合多传感器的定位方案的绝对位姿误差平均值为0.234 m,说明融合多传感器的定位方案比单传感器定位方案在定位上更加准确和鲁棒。