自主式水下机器人运动稳定性控制方法

针对自主式水下机器人稳定性控制问题进行了研究.首先对水下机器人的总体结构及其在水中的运动特性进行了分析,建立水下机器人系统的动力学模型;然后建立了直线、方向和位置的运动稳定性分析方法,确定了纵向稳定性和侧向稳定性准则,提出了基于特征值的稳定性要求;最后设计了无源自适应控制器,针对水下机器人在水中悬停和运动时易受海流影响的问题,建立了自适应补偿方法,进而确定了输入的不确定性补偿方法.对自主式水下机器人进行多方向的运动稳定性控制试验,通过试验修正稳定性控制参数,验证了设计的水下机器人运动稳定控制器的有效性和可靠性.     

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.     

SLAM中融合形状上下文和随机步进的图匹配数据关联算法

提出了一种在非确定环境下求解SLAM数据关联问题的图匹配算法. 算法建立了SLAM中数据关联的图论模型,对图模型节点提取了不依赖位置信息的形状上下文特征(shape context,SC),最后通过二次加权随机步进算法(reweighted random walks,RRW)得到图匹配问题的优化解. RRW&SC图匹配算法充分利用了路标间的拓扑结构关系以及路标间的形状结构,极大地扩展了数据关联时所依据的几何信息量. 仿真实验结果表明,与传统算法相比,该算法能有效处理SLAM中噪声干扰增加、机器人迷失、路标被动态遮挡等不确定程度高、歧义性大环境中的数据关联.      

采用特征预处理ICP算法的机器人运动环境建图

针对机器人运动环境建图中迭代最近点(ICP)算法的扫描配准过程存在关联点对对应困难、迭代初值要求高的问题,首先,提出一种特征预处理的粗配准方法,以保证配准过程的迭代初值较小;然后,基于扫描点过滤思想对粗配准后存在较大误差的数据进行过滤,剔除测量噪声,提高点对关联准确率.结果表明:经过特征预处理的粗配准及噪声剔除后的改进ICP算法能够有效地进行扫描配准,解决机器人运动环境建图存在的问题.     

变电站巡检机器人导航方法研究

随着移动机器人技术的发展和变电站无人值守的开展,变电站巡检机器人应运而生。稳定的导航是巡检机器人能够正常工作的前提保证,因此针对变电站巡检机器人的导航方法进行研究。影响导航的关键因素有导航方式和导航算法,变电站巡检机器人采用视觉与电磁融合的导航方式,运用自适应位置型PID控制算法,对于脱离导航线的错误处理采用模糊控制的思想,实现了巡检机器人的导航并得到了实际应用,实际运行的结果说明此种方法抗干扰能力强、收敛性好。     

实时跟踪焊缝特征的感兴趣区域特征提取算法

针对国产自主品牌机器人,基于感兴趣区域自适应获取方法设计开发了具有独立知识产权的机器人视觉焊缝跟踪系统,用于实时采集并处理焊缝图像,准确地获取焊缝特征值并进行了相关焊缝跟踪实验.结果表明,跟踪系统实时性好,纠偏准确,鲁棒性强.     

基于改进PPO算法的双足机器人自适应行走控制

针对双足机器人在未知环境行走过程中步态不稳的问题,提出了一种基于近端策略优化(proximal policy optimization, PPO)的双足机器人控制方法.首先,构建动作网络和价值网络,引入长短时记忆(long short-term memory, LSTM),以缩小双足机器人与未知环境交互时的状态估计值与期望值之间的偏差;其次,在动作网络中引入注意力机制,自适应改变神经网络自主学习的权重系数,以提高学习效率,得到适应不同环境的稳定步态;最后,通过仿真实验验证所提算法的有效性.结果表明：改进后近端策略优化算法的收敛速度更快,学习效率更高,能够有效提高双足机器人自适应行走的稳定性.     

换流站巡检四足机器人建图定位系统优化

为解决巡检机器人对换流站狭窄区域场景以及多楼层场景建图定位困难的问题,采用四足机器人作为巡检平台,对四足机器人建图定位系统进行优化。首先融合深度相机与激光雷达点云,对融合点云进行地面分割,提取边缘特征、非地面面特征以及地面面特征,优化基于特征的点云匹配算法,使用紧耦合的迭代卡尔曼滤波器(iterated extended Kalman filter, IEKF)来融合点云特征点和惯性测量单元(inertial measurement unit, IMU),通过ORB(oriented FAST and rotated BRIEF)描述符计算关键帧图像的BoW(Bag-of-Words)向量用于回环检测消除建图累积误差。其次,通过无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter, UKF)融合足式里程计作为四足机器人正态分布变换(normal distribution transform, NDT)姿态匹配初值,加快NDT匹配时间,通过实时匹配融合点云与三维地图得到全局位姿进行姿态更新。实验结果表明,所提出的建图方法可以实现狭窄通道以及多楼层场景的有效建图,所提出的定位方法...     

线性定常型多自主体系统的基于自适应控制器的双向符号趋同

研究了线性定常型多自主体系统的双向符号趋同问题.由于系统的全局信息难以获取，仅利用自主体本身及其邻居的信息，为每个自主体设计了完全分布式的自适应控制器.然后，借助矩阵论、李雅普诺夫函数等工具，分析了闭环系统的性能，并且给出了系统基于自适应控制器实现双向符号趋同的充分条件.研究表明，如果自主体间的通讯拓扑图是结构平衡的且是强连通的，那么线性定常型多自主体系统在所设计的控制器下可以实现双向符号趋同.     

架空输电线巡检机器人的跨障运动轨迹控制

针对高压输电线检修维护问题,自主研发了新型三臂式架空输电线巡检机器人,并提出跨障的识别方案和动作方案.简化了此巡检机器人的跨障运动过程,采用D-H(Danevit-Hartenberg)建模方法建立了机器人跨障过程的运动学模型.在此基础上,应用拉格朗日力学方法完成了动力学建模.针对跨障运动轨迹跟踪问题,将外界干扰、误差等不确定因素考虑进去,采用鲁棒自适应PD(proportional-derivative)控制方法进行控制.为了验证此方法,加入传统PD控制方法进行对比.以理想的运动轨迹为目标轨迹,通过Simulink分别仿真得到2种算法的跟踪轨迹,将搭载2种算法的巡检机器人先后放在实际线路上运行,通过多传感器采集得到运动轨迹.实验结果显示它们的控制轨迹都非常接近目标值.从跟踪轨迹上对比2种算法,证明了所采用方法的有效性、稳定性和优越性.