基于视觉目标跟踪的侦察机器人导航方法

针对未知环境下侦察机器人的自主导航问题,提出了一种基于视觉目标跟踪的侦察机器人导航方法.首先利用二进制鲁棒独立元素特征(BRIEF)提取方法来检测和描述待跟踪视觉目标的局部不变特征点,在快速的特征匹配计算基础上提出由粗到精的目标定位两步法实现机器人导航过程中视觉目标的实时准确跟踪.其次对基于视觉目标跟踪的自主导航任务进行行为分解和实现,在行为中集成视觉目标跟踪算法.最后利用基于宏行为的机器人事务执行机制实现移向视觉目标的自主导航控制.实验结果表明,提出的方法能够使侦察机器人实时准确地跟踪视觉引导目标,在复杂障碍物环境下可靠地完成移向目标的自主导航任务.     

CT导航下的机器人辅助穿刺定位方法

针对机器人辅助穿刺中病灶定位系统价格昂贵、穿刺针全向定位机构结构复杂等问题,分别提出了CT导航下病灶定位方法和穿刺针全向定位方法。基于坐标变换理论,病灶定位方法由3个不共线标记点在CT和机器人坐标系的坐标数据辨识出2个坐标系之间的位置关系,然后由CT下的病灶坐标实现病灶在机器人下的定位。全向定位方法结合病灶的定位结果和机器人运动学,通过软件控制实现穿刺针在调整自身姿态时仍始终指向所定位病灶位置,为病灶穿刺提供安全的进针点和入刺角度。搭建含UR机械臂的6-DOF辅助穿刺系统,并在CT导航下对患者模型进行病灶和穿刺针的定位实验,实验结果表明:病灶定位误差在3 mm以内,与基于5个标记点的最小二乘病灶定位法精度相当,但定位效率提高约40%,其中病灶定位方法计算误差为1.43 mm,证明利用软件代替复杂机构的穿刺针全向定位方法是可行的。本文建立的病灶及穿刺针定位方法有效、准确,可为后续病灶自主定位和穿刺针路径规划提供理论基础。     

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.     

机器人视觉导航路径节点的编码与识别

为了解决视觉导航机器人利用九宫格进行自主定位时,存在的识别算法的鲁棒性较差和实际操作繁杂等问题,实现视觉导航机器人的自主定位,设计一种路径节点的二进制圆环编码方案并进行解码识别研究。实验表明,机器人能够准确识别各个路径节点,有效地解决了机器人视觉导航中路径节点的编码和识别问题。     

一种改进的机器人视觉定位方法

针对机器人工作环境及已有机器人操作点定位法的局限,提出了一种基于＂眼在手上＂的手-眼机器人视觉定位方法.该方法简化了标定过程,特别是在定位时摄像机对目标取像的姿态不受任何约束,极大地提高了自动化生产效率.     

机器人视觉导航的几种特征点方法比较

针对移动机器人视觉导航中移动速度较快且计算能力较弱、视觉路标的图像特征检测与匹配时间之间存在矛盾这一问题,提出了选择合适的满足实时性的特征检测方法.对机器人视觉导航中获得图像特征常用的特征点法(如KLT,SURF,SIFT,Harris等)进行了探讨.通过对移动机器人导航中的图片采用不同方法进行测试,比较了不同方法所需...     

基于立体视觉匹配的采摘机器人目标定位方法

为了解决采摘机器人目标定位偏差大的缺陷,提出基于立体视觉匹配的采摘机器人目标定位方法。引入立体视觉模型获取目标图像,采用线性平滑滤波模板消除目标图像的噪声;应用Bouguet算法立体校正左、右图像对;应用Sobel算子检测采摘目标边缘,确定目标的采摘中心点,通过立体匹配确定左、右图像中采摘目标的对应关系,完成采摘中心点的正确匹配,实现采摘机器人目标精准定位。测试结果显示,应用提出方法获得的采摘中心点匹配精度更高,采摘机器人目标定位误差最小值为1.0%,降低了目标定位偏差,应用性能较佳。     

空地机器人协作导航方法与实验研究

飞行机器人和地面移动机器人所具有的功能互补性使得通过二者间的协作执行使命具有明显的优越性,这对于提高移动机器人使命完成度具有重要的作用.因此,空地机器人协作近年越来越受到研究人员的重视.空地机器人协作的一个重要工作模式是通过飞行机器人的大范围环境感知能力为地面机器人提供导航信息.针对该问题,首先讨论了利用机载视觉传感信息实现地面环境建模(主要是地面障碍物)及地面机器人识别方法;然后,利用波门跟踪算法实现了对地面移动机器人的运动跟踪;最后,提出了空地机器人协作策略;最后,搭建了室内试验平台,进行了实验验证.     

基于分层代价地图的光伏电站清扫机器人导航方法

为更好地解决光伏电站清扫机器人工作时因缺少有效边界检测导致的跌落问题,并满足全覆盖清扫工作的需求,提出一种基于分层代价地图的导航方法.在传统分层代价地图的图层上,根据对光伏电站清扫机器人工作环境的分析,增加光伏阵列边界图层,建立清扫区域,使机器人工作空间约束在光伏阵列内;采用弓字形清扫路径和多点巡航清扫策略相结合的导航...     

单目视觉定位实现机器人跟踪的实验系统和控制方法

提出一种基于视觉定位的多机器人跟踪控制方法.首先,采用单目视觉定位技术,建立平面物理坐标与视觉图像坐标之间的映射关系.然后,结合轮式移动机器人的运动学模型,基于Lyapunov方法设计轨迹跟踪控制器.最后,结合视觉定位确定机器人的平面坐标位置,分阶段规划机器人运动轨迹,实现多机器人跟踪控制.仿真和实验结果表明:该方法具有可行性和有效性.     

基于语音识别的救援机器人听觉导航方法

在发生火灾或地震的建筑物内,由于烟雾或墙体倒塌等原因,救援机器人往往无法通过视觉、超声和红外等传感器直接发现建筑物内不可见区域或者其他房间中呼救的目标.利用声音信号波长较长可以衍射绕过障碍物传播的特性,结合现有的语音识别技术,开发出基于听觉的救援机器人导航系统.该系统使机器人可以在全局运动控制中跟踪幸存者的呼救声并向幸存者移动.通过相关实验验证了基于听觉的救援机器人导航方法的可行性.     

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.     

基于领导者的群体机器人编队及导航控制

介绍了基于领导者的群体机器人一致性方法,在此基础上提出一种群体机器人编队及导航控制方法。该方法采用分层控制策略,即控制系统分为目标层、领导层和跟随层。将目标层中目标点的位置信息发送给领导者,采用位置一致性算法使领导者朝目标运动;与此同时,领导者将其状态信息发送给跟随层中的跟随者,采用基于领导者的群体机器人编队控制方法,使跟随者与领导者保持一定的队形朝着目标运动。该方法可针对由多个子集构成的群体机器人系统进行导航。通过计算机仿真和群体机器人实验平台验证了所提方法的有效性。     

有限元法在骨科器械和植入物中的应用综述

随着越来越多的骨科器械和植入物用于治疗受损的人体关节等组织,有限元分析法也在骨科工程领域有着更加广泛的应用。有限元分析法可以将复杂的结构划分为相互作用的小单元,进一步反映整体结构的应力、应变。基于有限元分析法在骨科器械和植入物方面的应用背景,归纳整理了有限元法在建模过程、植入物的材料结构选择、植入物的入路方式等方面的应用研究进展,对有限元分析法在骨科工程中的应用前景进行展望,并指出目前存在的不足,以期为骨科移植术前、术中、术后提供参考依据。     

卫星导航系统自主导航技术研究与验证

本文结合全球卫星导航系统自主导航技术发展现状,介绍了自主导航能力的发展特点及重要作用,分析设计了卫星导航系统自主导航体系架构,并对自主导航关键的时空基准保持技术进行了分析,提出了基于星间观测的完全自主导航的滤波算法、滤波状态噪声协方差信息选择方法及自主导航星载数据处理方法.论证了基于地面观测数据(锚固站)的半自主导航方法,比较了不同锚固站分布、数量及观测周期对自主导航性能的影响,并利用一套地面仿真试验系统验证了自主和半自主模式下的精密定轨和时间同步精度,可为卫星导航系统自主导航设计提供参考.     

基于消息互联的无人机平台协同导航方法

 协同导航作为无人机集群平台的新导航方式,可充分利用各无人机间的消息互联融合所有平台的量测信息获取整个系统的最优估计。针对分布式协同导航算法估计精度低的问题,提出3阶段的协同导航方法,利用绝对导航输出信息作为协同导航的初始值,将相对导航输出信息作为协同导航的量测信息,构建协同导航滤波器,将各平台解算出的结果反馈到各平台自身的绝对导航,进而获取到导航信息的全局最优估计。仿真结果表明：提出基于消息互联的协同无人机集群导航方法可有效估计各无人机的导航信息,相较于传统的导航定位系统以及协同导航方法,具有更高的抗干扰性和稳定性,更能适应不同的复杂环境。     

基于摄影测量三维点云的岩体结构面自动识别方法

建立了一种用数字摄影测量得到的三维点云数据识别和分析岩石边坡出露的面状结构面的方法。该方法使用每一个点及其相应的邻近点构成的子集平面来形成识别结构面的候选,使用主成分分析(PCA)计算平面法向量并剔除异常点,识别结构面并计算其产状(倾向和倾角)。以甘肃北山一岩石边坡为例,使用该方法进行结构面识别。最后对结构面进行优势分组;同时与实测产状进行了对比,结果表明识别效果较好。     

一种推扫式光子计数激光雷达点云滤波算法及其验证

提出一种用于推扫式光子计数激光雷达点云滤波方法。定义了一种线性径向基函数,利用这种基函数可以计算密度点密度值;基于此实现了一种粗滤波和精去噪结合的点云滤波算法,经过两个步骤的滤波之后能够对诸如植被等分层地物进行精细滤波。使用NASA的机载激光雷达MABEL的实际飞行数据对这种滤波算法进行了验证,并与中值滤波算法的效果进行了对比。结果表明算法能有效滤除与地面非常接近的噪声点,适合低密度地物目标点云的滤波处理,能够很好保留细节,其中植被滤波精度90.26%,地面点滤波精度96.11%。     

低轨星座导航增强能力研究与仿真

低轨卫星星座具有几何图形变化快、落地信号功率强、全球天基监测覆盖等天然优势,可对中高轨全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)星座进行有效补充和增强,提升全球定位、导航与授时(Positioning,Navigation and Timing,PNT)服务的精度、完好性、可用性和抗干扰等能力,已成为下一代卫星导航系统重要的发展方向.本文总结了国内外低轨星座发展现状,对不同低轨星座进行了分析和设计,对低轨星座提升导航定位精度、加速精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)收敛、全球天基监测等导航增强能力进行了分析,重点论证了低轨星座突破现有中高轨GNSS技术瓶颈的机遇和体系增量能力,给出了相应的仿真分析结果,以期对我国低轨星座和北斗卫星导航系统的融合发展提供参考和建议.