钻锚机器人人机安全避碰方法

为解决快速掘进系统中钻锚机器人无法实时监测辅助人员的运动,导致钻机与辅助人员可能发生非期望碰撞的问题,从钻锚机器人控制系统角度出发,提出一种钻锚机器人人机安全避碰方法。首先,基于深度视觉实时获取人体骨骼点图构建辅助人员球扫掠凸体碰撞检测模型,基于钻锚机器人三维模型构建钻机球扫掠凸体碰撞检测模型,并使用深度视觉传感器与钻机行程及角度传感器获取的数据实时更新辅助人员和钻机的碰撞检测模型;其次,针对钻锚作业中多人多钻机的碰撞检测,使用基于层次包围盒的碰撞检测方法在粗略的碰撞检测阶段实时检测与辅助人员距离最近的钻机及最短距离,当最短距离小于安全阈值时进入精细碰撞检测阶段实时计算辅助人员与该钻机的最短距离;然后,在钻机末端建立基于人工势场的虚拟排斥力,当钻机与辅助人员的最短距离小于安全阈值时,钻机末端产生虚拟排斥力,钻机进行避碰运动;最后,通过钻锚机器人人机安全实验验证了该方法的有效性和安全性。结果表明:在钻锚作业中钻机与辅助人员最近距离为0.10 m,大于发生碰撞的最短距离,所提方法可以确保钻机不与辅助人员发生非期望碰撞。     

基于加速度信息的移动机器人动态实时避碰

提出了一种移动机器人对动、静态障碍物实时动态避碰的新方法.相对坐标系中,采用包含相对加速度信息的避碰算法,通过动态实时地调整机器人加速度的大小和方向,使其避开障碍物.仿真实验证明了此方法的有效性.     

基于速度障碍和行为动力学的动态路径规划

针对基本行为动力学在解决多机器人动态路径规划中存在的问题,充分考虑运动障碍物和其他机器人的速度信息,利用速度障碍为机器人规划了避障和避碰区域.根据路径规划的要求,利用行为动力学设计了奔向目标行为、避障行为和避碰行为3个基本行为,并提出利用粒子群优化方法对基本行为进行融合.利用Matlab对所提出的算法进行仿真,结果表明利用速度障碍、行为动力学和粒子群相结合的方法可以实现多机器人系统的动态路径规划,且方法简单,路径光滑.     

真空气吸附壁面行走机器人动态路径规划

研究用于真空吸附壁面行走机器人的动态路径规划，提出全局范围内已知障碍避碰的膨胀法和局部区域随机故障避撞的人造热场法，该机器人系统根据环境信息对路径实时生成与控制，增加系统的稳定性和环境的适应性，同时针对壁面走行机器人的作业特点，又引入区域充满运行的概念及方法。     

竞争型遥操作机器人实验系统研究

基于网络遥操作多机器人系统的作业目的,介绍了竞争型MOMR与协作型MOMR的特点.在此基础上,首次提出了竞争型遥操作机器人系统理想的测试平台一种基于Internet的C/S模式的足球机器人遥操作实验系统,描述了系统开发中的若干关键技术,如系统组成、体系结构、服务器端控制系统结构和遥操作客户端的关键技术等,给出了Internet性能测试实验实例.通过国际遥操作足球机器人比赛,证明了该系统具有良好的交互性、实时性和稳定性.     

水面无人艇多船障碍智能避碰

为尽可能在无人艇避碰规划时兼顾《国际海上避碰规则公约》,提出对障碍船进行符合《公约》的偏心膨胀,对偏心膨胀建立统一的运动模型.为实现宽阔水域的水面无人艇多船障碍智能避碰,提出基于避障紧迫程度、安全性预测以及调整可行性的模糊规划方法.对同时具有对遇、交叉及追越情况的多个复杂运动障碍进行避碰规划仿真,结果证明了该方法的智能性.     

基于势场法的水下机器人局部路径规划研究

本文阐述了用势场法解决矩形形状水下机器人局部避碰问题的方法。首先针对障碍物和目标对机器人的作用特点,确定了斥力和引力势函数的形式;然后根据刚体的运动特性讨论了机器人的平移和转动规则,提出了机器人局部避碰算法;最后在两台微机上以网络的形式进行了避碰模拟,给出了仿真结果,对一些问题进行了讨论。     

基于改进人工势场法的多无人艇避障策略

针对多无人艇编队避障问题,对静态避障的路径消耗问题进行建模分析,在动态避障时提出一种偏置人工势场法使策略符合艇群国际海上避碰规则（swarm International Regulations for Preventing Collisions at Sea,sCOLREGS）。本方法首先对传统人工势场法进行改进,定义符合艇群会遇态势判断需求的sCOLREGS,通过速度障碍法实时判断碰撞风险,然后利用偏置斥力区域的改进人工势场法实现对规则的遵守。仿真实验表明,本文方法在障碍物与编队大小相当时可显著减少避障路程,在确保避障实时性的同时,较好地遵守了国际海上避碰规则相关条例。研究结论可为海面无人艇集群安全航行提供参考。     

大时延环境下的分布式遥操作系统

遥操作仿真系统主要用于解决航天机器人遥操作过程中所遇到的大时延问题。本系统由三维实时仿真系统以及实际机器人实验系统两部分组成。操作人员输入的各个控制指令都会立即被三维实时仿真系统中的仿真机器人所响应 ,这些控制指令经过一定的时延以后传入实际机器人实验系统。同时遥操作系统可以通过比较传回的实际机器人状态和仿真机器人的状态来验证操作效果。因此本系统较好地解决了大时延下的遥操作问题     

面向障碍速度不确定性的无人艇动态避碰

避碰稳定性直接关乎无人艇航行安全.传感器对障碍速度观测的不确定性会导致避碰策略出现跳动,严重降低避碰稳定性.提出不确定性条件下的速度障碍(uncertain velocity obstacle, UVO)算法,在碰撞风险评估中采用自适应阈值的最近会遇点(closest point of approach, CPA)法,基于国际海事避碰规则(International Regulations for Preventing Collisions at Sea, COLREGS)建立边界缓冲区,从宏观上提升避碰过程的稳定性.为了减少无人艇避碰角度的变化次数,在无人艇的速度空间中对不确定性条件下的速度障碍(velocity obstacle, VO)区进行建模,并采用梯度下降法在代价空间进行局部寻优,从微观上提升避碰策略的稳定性.在仿真平台下进行UVO算法和VO算法的对比实验,结果表明UVO算法的避碰策略跳动次数、避碰成功率和最近会遇距离3项指标均优于VO算法.在实艇海试中进行了对遇、交叉、追越等典型会遇场景的避碰实验,无人艇均能安全避过运动目标.实验结果证明了UVO算法具有较好稳定性和安全性.     

多移动机器人保持队形路径规划

将多移动机器人的运动控制和路径规划有机结合,提出了多移动机器人的队形模型和保持队形的定义.在此基础上,以基于行为的导航算法为基础,将机器人队列的运动过程划分为正常运动、避障和恢复队形3个阶段.在避障阶段,引入虚拟机器人使队形保持部分完整;当队形被严重打乱时,规划机器人的局部目标位姿使队列快速恢复队形.仿真实验表明,该控制方法不仅使多移动机器人安全避障,而且队形保持较完好.     

基于激光雷达的移动机器人实时避障策略

以激光雷达为主要传感器, 对移动机器人设计一种实时避障算法. 该算法考虑到机器人的非完整约束, 利用基于圆弧轨迹的局部路径规划和控制使之能够以平滑的路径逼近目标位置. 采用增强学习的方法来优化机器人的避障行为, 利用激光雷达提供的报警信息形成刺激-反应式行为, 实现了动态环境下避障行为, 具有良好的实时反应能力. 该控制算法采用分布式软件设计方法, 各功能模块异步运行, 较好地实现了局部规划与全局导航目标的结合. 该策略针对移动机器人MORCS在未知环境下实现了实时、有效避障, 动作稳定流畅, 轨迹平滑, 具有良好的效果.     

七自由度冗余仿人臂的障碍实时回避

针对具有末端位姿约束的仿人臂,给出一种实现障碍回避的新方法。将障碍物和仿人臂假想为带电体,处在障碍物构成电场中的仿人臂将受到虚拟电场力的作用。用力学方法将该虚拟作用力分解到各关节,并以分解后虚拟力为指标实时地选择一冗余关节,对该关节构成力反馈,实现障碍的实时回避。该方法使障碍回避过程不再依赖于运动学优化,将冗余度机械臂转化为非冗余度机械臂,直接给出位置形式的逆解。     

冗余度机器人的障碍物躲避

给定机械手的初始形态和终端所希望的轨迹以及在工作空间内的障碍物,本文研究冗余度机器人无碰撞运动的规划问题,提出了基于J函数障碍物躲避的算法.关节坐标空间的安全轨迹的计算可通过障碍物躲避的性能指标而得到.由于J函数的计算仅与一些极点有关,计算量小,便于实时控制.仿真结果证明了所提出的算法的有效性.     

水下多障碍区域机器人的路线规划模型优化设计

水下多障碍区域中障碍物数量较多,且具有随机性和实时性的特点,传统模型依据起始点、目标点及障碍物顶点等建立可视图,一旦障碍物发生变化则需重新构图,无法适应障碍物的随机性,规划的机器人运行路线臃长,提出一种基于改进人工势场法的水下多障碍区域机器人路线规划模型,通过引力场与斥力场的负梯度描述引力和斥力,获取人工势场对机器人的作用力,建立人工势场模型。通过对人工势场斥力函数的优化设计,解决机器人障碍物附近目标不可达的问题;通过障碍物连接法解决人工势场模型的局部最小值问题,使机器人尽快走出局部最小值区域。实验结果表明,所提模型不仅能够有效避开障碍物,而且规划路径较短,效率高。     

基于Petri网的多机器人协作任务分配与导航研究

研究了基于Petri网理论的多移动机器人任务分配和导航策略问题.针对有限空间环境下的物科收集协作任务,提出了一种机器人路径选择方法,并建立了基本路口单元和工作空间的Petri网模型.通过任务分配模型实时规划物科仓库内的机器人,并对具有拐角特征的多机器人路径冲突给出了消解方法,建立了机器人冲突协调模型.通过分析任务冲突协调模型,避免了多机器人运动路径冲突.最后仿真实验验证了提出的多机器人任务规划方法的有效性.     

机械臂目标区域跟踪防撞控制

针对医疗护理机械臂在轨迹跟踪过程中的人机交互与防碰撞问题,本文提出了一种基于目标区域跟踪以及碰撞预测的机械臂控制方法.本文根据Lyapunov函数,结合人工势能场,设计保证系统稳定性的控制器,实现在目标区域内人机交互的柔顺性;采用会遇距离与会遇时间构造防撞预测模型,建立障碍物作用半径与防撞安全指数的关联模型,实现障碍物作用半径实时可变.实验结果验证了本文所提方法对目标区域跟踪的有效性,人机交互的柔顺性,以及障碍物规避过程的高效,平滑.     

基于Matlab和VR技术的移动机器人建模及仿真

利用Matlab建立移动机器人的动力学模型,在虚拟现实(VR)环境下,实时仿真移动机器人路径跟踪的运动特性,为基于Internet的机器人遥操作试验搭建了仿真平台.实验结果表明,虚拟模型准确地模拟了真实移动机器人的动力学特征;通过对模型的参数修改,为实现对真实机器人的最优控制和设计提供了可信的参考方案.     

基于OpenGL的虚拟现实技术在遥操作机器人系统的研究与实现

为了创建具有良好沉浸感和真实感的虚拟现实操作环境,从而使操作者更直观地感知遥操作机器人所处的工作环境,并准确地发出执行指令,对空间机器人远距离遥操作中的虚拟现实系统进行了研究与开发.利用3D建模与OpenGL等关键技术创建遥操作虚拟环境,通过手柄对真实机械臂与虚拟环境中的模型同时进行控制驱动.操作人员可以改变虚拟环境中的视点和视角,依靠更加生动的视觉临场感信息,实现单一的视频反馈所不能达到的监控效果.在模拟大时延的条件下,利用现场真实的信息去修正预测误差,提高了系统的鲁棒性和抗干扰能力.系统结构清晰,可以进行模块拓展并方便二次开发.     

一个复杂有界环境下的改进极限环避障算法

本文研究了障碍不规则与带边界这两种非预知环境条件下的群体运动实时规划问题,提出了一种改进极限环群体避障算法.该算法在传统极限环的基础上引入局部与包络的概念来解决障碍不规则的问题,另一方面通过改进传统人工势场的斥力函数来刻画边界的排斥作用,以避免与边界碰撞.针对不规则障碍与带边界这两种典型场景,本文在障碍与边界非预知的条件下进行了仿真实验.仿真结果表明,与传统人工势场法相比,本算法不仅减少了碰撞数量,缩短了避障时间,还具有更好的适应性和有效性.