移动机器人定位方法对比研究

定位问题是移动机器人领域内一个最重要的内容.首先定义了用于移动机器人位置跟踪的系统模型,介绍了基于该系统模型的移动机器人定位方法.在统一的平台上实现了三个滤波估计定位方法,二个贝叶斯估计定位方法,一个地图匹配定位方法,并基于一批实际的测量数据对六种定位方法进行了实验验证,对实验结果进行了深入的分析与比较.基于滤波的定位方法定位更精确,基于贝叶斯估计的定位方法更鲁棒.地图匹配定位虽然简单易行,但不能解决动态或相似环境中的定位问题.     

深海采矿系统虚拟样机及联动特性研究

以中国1000m多金属结核海试系统为研究对象，基于多刚体动力学的理论，建立了该整体系统虚拟样机模型。分析了不同联动速度及不同海流方向下整体系统的联动特性。仿真结果表明，联动速度及海流方向对于整体系统联动特性有很大影响，为采矿系统的设计和开采作业的联动控制提供理论依据和技术参考。     

某型无人机GPS/Radio/DR组合导航中的滤波技术研究

针对某型无人机GPS Radio DR组合导航中各子系统的特点,提出一个分散集中化滤波方法。通过建立简化的无人机动力学及运动学模型,利用卡尔曼滤波对磁航向及空速信息进行处理,提高了航位推算(DR)的精度;由于无线电测量雷达中传动机构存在一定间隙,造成方位测量信息包含定频段的干扰,通过采用低通数字滤波器有效地抑制了干扰信号;利用GPS信息分别对滤波后的航位推算和无线电信息进行融合修正。仿真结果表明,经过融合后的无人机航迹精度明显得到了提高。     

基于HLA的深海采矿环境仿真系统原型设计与实现

大洋深海蕴藏着资源丰富、种类繁多的矿产资源。其中多金属结核矿产以其高价值和储量丰富的特点,成为首要勘探和开采的对象。但是深海海底动态、复杂且具有危险性的海洋环境,制约着深海采矿技术的发展。应用仿真技术模拟深海复杂环境,及其与采矿设备的交互,成为深海采矿技术发展的一种途径。采用HLA仿真体系构架,在收集和整理我国深海开辟区的区域地形及海洋环境数据的基础上,综合已有的多金属结核勘探资料,仿真多金属结核采矿过程中采矿车和海底环境的交互作用,完成深海采矿环境仿真系统原型的开发。应用环境地学仿真技术,建立深海海底数字地形模型、海底底质软泥的承压和剪切力模型、深海近底层流模型、采矿车的动力学和运动学模型。通过消息发布与订购、时间管理、联邦管理和可视化输出,模拟仿真深海环境对采矿作业的影响。仿真系统原型由六个联邦成员组成,通过计算联邦成员之间的交互作用,分析大洋深海海底环境因素对采矿作业的影响。     

车载DR导航的非线性滤波方法研究

针对扩展卡尔曼滤波方法(EKF)用于车载DR导航系统滤波中存在的一些缺点,将一种新的滤波方法—UKF滤波方法用于车载DR导航系统的非线性状态估计中。该滤波方法与EKF方法相比具有容易实现和滤波精度高的特点。通过非线性状态估计UKF方法大大提高了导航系统的精度。为了检验其有效性,将这两种方法分别对车载DR导航系统进行滤波仿真,仿真结果进一步表明UKF方法优于EKF方法,是一种理想的车载DR导航非线性滤波方法。     

基于循环神经网络的车载DR状态估计

由于噪声的不确定性和自身的非线性特征,通过航位推算系统(DR)精确地估计车辆的状态是实际车辆组合导航中最困难的部分。提出了一种基于循环神经网络的方法,和传统的扩展卡尔曼滤波(EKF)方法相比,该方法不仅提高了系统定位的准确性和自适应抗干扰能力;而且不需要模型的具体解析形式,避免了复杂的 Jacobian 矩阵的计算,算法更简单,也更加易于实现。为了检验其有效性,将两种方法分别对车辆 DR 导航系统进行滤波仿真,仿真结果进一步表明该神经网络方法明显优于 EKF 方法,是车载 DR 导航中一种更理想的非线性滤波方法。     

一种基于抗差滤波的行人导航算法研究

行人导航系统(pedestrian navigation system, PNS)通常采用全球定位系统(global positioning system, GPS)和航位推算(dead reckoning, DR)组合导航的方式进行定位,因此其定位精度易受GPS定位误差特别是定位粗差的影响。为了减小这种影响,提高行人导航系统定位精度,采用了一种基于抗差滤波的GPS/DR组合行人导航算法。该算法首先对DR系统误差建模,获得行人导航系统卡尔曼滤波模型,再通过GPS与DR系统观测量之差,估计当前观测噪声与先验统计特性的符合程度,利用等价权实时调整观测权值,以避免观测粗差对组合导航精度的影响。最后通过对实测数据的分析表明,在GPS定位误差较大或含粗差情况下,该方法较卡尔曼滤波算法能明显抑制定位误差的影响,将定位精度提高5 m左右,能够在不增加硬件的基础上有效提高GPS/DR组合行人导航精度。     

一种浮标定位方法研究

以航空搜潜声呐浮标与飞机的相对方位信息为基础,利用扩展卡尔曼滤波技术,分析了计算浮标位置的原理、方法,建立了相应的数学模型和仿真算法,仿真分析了浮标位置的相对误差和均方根误差,获得了有益的结果。     

基于相位差变化率测量的单站定位方法

利用观测平台相对目标辐射源的运动信息,在测角基础上增加相位差变化率信息可实现对目标被动定位,但该定位方法通过相位差法测角,需要增加设备以解相位模糊.针对上述不足,提出一种三角基线只测相位差变化率的定位方法,该方法通过测量两组相位差变化率解得方位角,避免了解模糊运算.给出了测角误差、定位误差表述式,通过仿真分析了相位差变化率对测角精度、定位精度的影响.     

基于水声通信延迟的多UUV协同定位算法

针对多水下自治机器人(unmanned underwater vehicle, UUV)协同定位过程中水声通信延迟造成的定位失效问题,提出了一种基于状态估计均方误差最小的延时扩展卡尔曼滤波(delayed extended Kalman filter, DEKF)定位误差修正方法。首先建立考虑水声通信延迟的系统状态方程,利用状态转移矩阵推导系统等效量测方程,然后给出多UUV 考虑水声通信延迟的扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter, EKF)定位方法并分析其不足;最后在EKF方法的基础上,分析量测信息延迟对状态估计的影响,建立系统真实量测模型,设计基于状态估计均方误差最小的DEKF 算法。仿真结果表明,该方法能够有效地修正多UUV 协同定位中由于水声通信延迟造成的定位误差,在工程实践中具有一定参考意义。     

深海履带式集矿机的动力学模型仿真研究

深海采矿对矿产资源的可持续利用具有相当重要的作用.我国已经开发了深海集矿机的样机.针对深海底环境的复杂性和履带式集矿机的特殊构造,分析了土壤特性和集矿机的地面受力情况,进行了深海集矿机的动力学模型的基础性研究.仿真结果验证了模型研究的有效性.     

基于立体视觉的虚拟机械臂平面定位研究

结合星球探测的应用背景,对漫游车的工作方式进行了研究,针对车载机械臂开发了一套基于立体视觉的机械臂平面定位仿真系统。该系统依靠虚拟现实技术,通过虚拟机械臂对三维重建得到的平整物体表面的定位仿真得到机械臂的各关节参数,以此指导真实机械臂的运动。论述了基于立体视觉的机械臂定位机理和基于OpenGL的虚拟机械臂的实现过程。采用VC＋＋构建了仿真实验平台,进行了定位实验,获得了较高的定位精度。     

机器人三维定位系统中关键技术的研究

深入研究了机器人三维定位系统中的扫描匹配及位置信息空间定位技术,提出了一种基于ICP的高效扫描匹配算法。该算法采用滤波,特征提取及非线性迭代的方法在保持扫描匹配的精确度的同时大幅减少了计算时间,弥补了传统ICP算法效率较低以及可能收敛不到全局最优解的缺陷。然后使用在改进算法的基础上引入倾角传感器的方法解决了传统机器人定位系统中存在的不易获取地面坡度信息以及恢复出的机器人空间位置精度较低的问题。     

移动机器人路径发现与规划的免疫算法

分析了车式移动机器人的运动特性，设计了一种适用于该机器人的路径发现与规划免疫算法。通过仿真实验表明，该算法能够快速地发现与规划运动路径，有较好的柔性，能适用于不同的任务，所以该算法具有较高的智能。     

基于粒子滤波的机器人定位及动态目标跟踪

提出了一种基于粒子滤波的动态跟踪算法,解决了传统SLAM理论在处理动态目标时误差不断累加的问题。通过分析移动机器人和激光测距仪,里程计的原理,建立了机器人的运动和观测模型。将数据关联的方法用于动态环境中则提高了系统的稳定性和定位的精度。仿真结果表明此算法能够比较精确地估计出机器人的位姿以及动态目标在地图中的位置,为开展将静态与动态相结合的定位与地图构建的研究提供了一种可行方案。     

基于学习进化的机器人同时定位与地图创建

利用学习与进化结合的思想,改善基于粒子滤波的SLAM算法。在对学习与进化的关系深入分析的基础上,针对基于粒子滤波的SLAM算法,提出将滤波过程分成学习和进化两个阶段,分别给出相应算法解决粒子有效性与多样性的问题,缓解二者之间的矛盾,改善了SLAM算法的效果,增强了算法的鲁棒性,也验证了学习与进化的关系。最后,通过多次Monte-Carlo仿真实验结果表明了该算法的有效性。     

仿青蛙跳跃机器人运动学研究

提出了仿青蛙跳跃机器人机构模型及运动学研究的方法。基于对青蛙运动的研究,提出了仿青蛙机器人单侧跳跃机构的分析模型,采用D-H法,建立了机器人起跳与腾空两个阶段,其前肢和后肢的运动学方程,进行了正、逆运动学研究。分析机器人四肢的运动空间,并通过实例计算,验证了研究结果和生物学实测结果相一致,从而证明了这一仿生跳跃机构模型的可行性和仿生机构运动研究方法的有效性。得出的结论将为仿青蛙跳跃机器人的设计及控制提供理论基础。     

机器人系统计算机辅助示教仿真平台研究

首先提出了机器人计算机辅助试教系统的基本组成，接着探讨了Polyline型和Spline型两种轨迹的轨迹规划方法，并进一步讨论了末端件空间位姿矩阵的计算方法；给出了机器人关节运动量计算模型；最后列出了一个应用实例。