双臂移动机器人的图形化编程与仿真控制系统

介绍一种双臂移动机器人的图形化编程与仿真控制系统。用户通过图形编程界面对机器人编程和任务规划，在三维仿真环境中预宽和分析规划结果，最后将优化程序下载到真实机器人中进行控制。采用Java3D和VRML实现三维仿真；基于RT-Linux平台保证仿真控制的实时性；实现了多机器人机制以支持机器人的流水线协作。该系统现在支持日本安川电机株式会社的双臂移动机器人产品。     

模糊控制策略在避碰运动系统中的应用

目前多机器人避碰运动已经被广泛研究,其控制策略也多种多样.主要解决基于全景视觉传感器的多机器人多目标系统中机器人之间以及机器人和静态障碍物之间的避碰问题,提出了单个自主运动机器人的结构模型、自主机器人周围物体的态势模型以及移动机器人动态速度的快速检测方法.机器人的运动决策采用基于Step-Forward策略的模糊推理机制,实现机器人在动态环境中快速、准确的找到一条无碰撞的路径,最终达到目标点.仿真结果表明了该算法应用于移动机器人在动态复杂环境中的无碰撞运动具有正确性、实用性和智能性等优点,同时该算法计算量小,运算速度快,提高了机器人控制的响应速度.     

多移动机器人混合避障算法的编队策略

针对多移动机器人系统在未知静态障碍物环境下的编队避障问题,提出了一种多移动机器人混合避障算法的编队策略,使多移动机器人系统在整个运行过程中保证系统内不发生碰撞,并且在未知静态障碍物环境中能最大程度地保持队形进行有效避障,以及能够在较短时间到达指定目标点。该编队策略基于领航跟随法和人工势场法,将系统内机器人划分为领航机器人及跟随机器人,并根据各自角色任务的差异,对其采用了不同改进方法的人工势场法进行避障,形成一种混合避障算法,其中针对领航机器人提出了LAPF(leader artificial potential field)避障算法,该算法改进了传统人工势场法的斥力函数,解决了传统人工势场法极易陷入局部极值困境的问题,并有效缩短了避障过程所用时间。为保证整个系统运行过程及避障行为之后能够恢复队形保持系统稳定性,该编队策略利用一致性模型控制机器人的速度,使领航机器人与跟随机器人的状态趋于一致,进而保持队形。仿真结果验证了LAPF算法及该多移动机器人混合避障算法编队策略的有效性。     

变形机器人倾翻稳定性仿真分析

凹凸不平的非结构环境中,移动机器人由于系统的倾翻将导致系统损害、作业失败等一系列问题。变形机器人可以通过构形的变化来提高系统的稳定性和抗倾翻能力。理论分析了移动机器人的倾翻问题,提出稳定锥方法和倾翻性能指数对移动机器人的静、动态稳定性进行综合判定,讨论了三模块履带机器人变形过程中的倾翻稳定性变化,同时仿真比较了机器人的五种能动构形在仰俯、偏转、倾斜等干扰组合作用下的倾翻性能。理论与仿真研究为变形机器人投入到实际应用提供了参考。     

基于多智能体的自主移动机器人混合式体系结构

针对自主移动机器人系统的设计需求提出了一种基于多智能体的混合式体系结构,统一规划了机器人系统的软硬件结构,在该体系结构中设计并实现了硬件接口、慎思式和反应式三种智能体,提出使用多样化的信息组织形式,增强了系统的自适应能力和易扩展性。在具体的物理实现上采用了基于CAN总线的控制结构,并对各组成部分给出了详细的描述。测试结果证明了本移动机器人系统设计的可行性和高效性。     

移动机器人导航中噪声影响的仿真研究

基于行为的移动机器人在获取外界信息时不可避免地会引入噪声,给移动机器人的导航造成一定的影响。首先建立了一个考虑了噪声影响的基于行为的移动机器人的仿真实验系统,然后以机器人导航任务为例,定量研究均匀分布噪声和高斯白噪声对机器人导航效率的影响;同时讨论机器人运动模块间的两种组合方式——加权平均方式和加权最大方式在抑制噪声方面的作用。研究结果表明噪声使移动机器人的导航效率降低,完成导航任务所需的行程时间增加;加权平均方式比加权最大方式在抑制噪声方面效率更高,这对机器人运动模块的抑噪设计有良好的指导作用。     

基于角色变换和强化学习的多机器人协同仿真

征对多移动机器人协同问题,将角色变换与强化学习相结合,采用集中式控制结构,并提出了距离最近原则,将距离障碍物最近的机器人作为主机器人并指挥其它从机器人运动,同时采用了基于行为的多机器人协同方式,在提出的基于强化学习的行为权重基础上,通过与环境交互使机器人行为权重趋向最佳,并利用基于最大行为值的协调策略来规划机器人避碰行为.通过在动态环境下多机器人协同搬运仿真实验,表明在使用了角色变换和强化学习后,有效减少了多机器人与障碍物发生碰撞的次数,成功的实现了协同搬运,具有良好的学习效果.     

虚拟环境下农业移动机器人行为及其仿真建模

由于农业移动机器人的作业环境与对象的复杂性和不确定性,使机器人在作业时不能有效地获取导航知识以便对其行为进行决策。利用人工智能和虚拟现实技术,研究了移动机器人的复杂行为,构建虚拟环境和基于规则和案例的知识库,对机器人复杂行为分类,把复杂行为分解为简单、特定和已知的行为。对于不确定的和没有前驱知识的行为,利用相似案例和不确定推理为行为进行导航。然后,建立了多Agent行为决策系统,定义了该结构的六元函数,建立了消息和事件驱动机制,实现了虚拟环境下移动式机器人对水果的采摘行为及其仿真建模。     

多机器人SLAM后端优化算法综述

对于移动机器人研究领域来说,现阶段研究热点是如何在全球定位系统失效的情况下同时定位与地图构建(simultaneous localization and mapping,SLAM)。对于单个机器人SLAM已经有很多解决方案,然而当转移到多机器人平台时,对于存在的问题又面临很多新的挑战。本文首先分析了多机器人SLAM,着重探讨了多机器人SLAM后端优化算法。分析了多机器人SLAM研究过程中遇到的不同问题,以及现阶段这些问题的处理算法。讨论了多机器人SLAM中扩展卡尔曼滤波、扩展信息滤波、粒子滤波、基于图优化的SLAM、地图融合等后端优化算法的研究现状,分析了算法的优缺点,并提出了未来发展的方向。     

基于无线局域网的多机器人通信系统性能分析

通信是多机器人之间进行信息交互并实现协作的基础.因此,了解与考虑多机器人系统的通信性能是构造具有实用价值的多机器人系统的前提.对基于IEEE802.11的无线通信协议的不同标准进行了研究,介绍了无线局域网(WLAN)的主要因素对多机器人系统通信性能的影响,并通过大量实验测试了目前最常用的基于802.11g的WLAN的延时特性.本研究结果将对构建基于WLAN的多机器人通信系统有一定的参考价值.     

多重约束下智慧仓储机器人配置仿真优化研究

针对智慧仓库的仓储机器人配置问题,构建了基于排队论的离散事件仿真模型,在保证系统可靠性和服务强度的前提下,考虑到故障对系统的影响,以距离成本、时间成本、空闲成本和购置成本所构成的总成本最小化为目标,提出了一种基于FlexSim平台的离散事件仿真优化方法。通过分析系统平均队长、订单平均逗留时间等指标,将直观化的系统瓶颈与运行实际数据相结合,求得系统成本最小的配置策略。结合实例,对算例中的智慧仓库机器人配置方案进行求解。结果表明,基于FlexSim平台的离散事件仿真寻优方法,能够求解仓储机器人配置的优化方案,并能保证模型方法的计算效率。     

视觉伺服空间机器人运动硬件仿真研究

对空间机器人操作臂与安装平台之间耦合关系进行了分析,建立了空间机器人各关键部件的模拟器,并组建起硬件仿真试验平台.基于该平台对空间机器人运动控制特性进行了研究,建立了基于视觉反馈的运动规划算法和关节电机闭环控制模型.对仿真过程中的延时环节进行了分析,并采用Smith预估的方法对系统延时进行了补偿.系统自主捕获仿真试验试结果表明,所采用运动控制算法能够稳定收敛于目标,仿真平台能够较好的完成对机器人控制和通讯能力的模拟测试及系统控制算法的验证.     

基于Unity3D的水下机器人半实物仿真系统

基于Unity3D研制了一种由地面控制终端、机器人本体和三维仿真系统3部分组成的水下机器人半实物仿真系统,为水下机器人开发过程中的性能测试、控制算法分析和人员操作培训提供了仿真和测试平台。该系统采用同一地面控制终端作为三维仿真系统和机器人控制系统的统一指令输入源,以实现虚拟对象和机器人本体的同步工作,可对系统进行实时监测、调参。采用多目视觉技术对机器人位置采集,对传感器数据进行卡尔曼滤波处理。机器人运动仿真试验结果表明,机器人实际运动路径和仿真规划路径基本相同,该系统动态响应性和控制系统同步性较好。     

基于T-S模型的迭代学习控制算法及其在机器人点位控制中的仿真研究

考虑了一类特殊的迭代学习控制问题，即用迭代学习方法解决机器人的点位控制问题。采用T-S模型描述机器人系统，在T-S模型的基础上，运用并行分配补偿方法(PDC)确定T-S模型的迭代学习控制器结构，并给出了误差收敛条件。为避免迭代过程的初始定位操作，丈中还设计了模糊循环迭代学习律。最后以在垂直面内运动的单关节的机器人为例说明了所提出方法的有效性。     

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。     

基于OpenGL的机器人虚拟漫游系统开发

基于OpenGL图形库具有的强大三维渲染能力，开发了一个机器人虚拟漫游环境，提出了一种基于PC的机器人虚拟漫游框架，重点描述了建立三维场景及漫游系统中观察者与机器人的位置控制方法，实现了观察者与机器人的三种不同相对运动状态。实验结果表明，该系统取得了良好的仿真效果。     

一种多仿生机器鱼协作系统的设计与初步实现

多仿生机器鱼群体协作的研究是针对未来杂复。动态水下环境中多仿生机器人系统控制和协调作业的需要而开展的相关理论和关键技术的研究，本文依据多仿生机器鱼群体协作研究的要求，给出了一种多机器鱼协作系统的硬件体系结构，并在此结构基础上提出了多机器鱼协作实验仿真系统的设计方案，最终开发并初步实现了该仿真系统，并应用于本文提出的一种协作型机器鱼的CLB分层式控制结构的仿真研究中，该系统实现了环境可视化，过程图形化和算法加载动态化等功能，极大地方便了多机器鱼协作系统研究工作的开展。     

图像反馈机器人视觉伺服系统仿真

机器人视觉伺服系统的研究是机器人领域中的重要内容之一，其研究成果可以直接用于机器人自动避障、轨线跟踪和运动目标跟踪等问题中。分析了基于图像雅克比矩阵的机器人视觉伺服方法的基本原理，通过创建子系统(sub-system)使得Marlab和Simulink有机结合，基于机器人Matlab仿真工具箱(Robotics Toolbox for Matlab)实现了六自由度Motoman-SV3工业机器人图像反馈视觉伺服系统的Simulink模型。采用该模型进行了机器人跟踪三维空间螺旋运动目标的仿真实验，结果验证了该方法的有效性。     

多自主移动机器人计算机仿真系统的设计与实现

提出了一种多移动机器人计算机仿真系统的设计方案，开发并实现了在局域网上以服务器-客户端模式工作的基于二维平面模型的多移动机器人仿真系统，该系统提供的环境建模及实时修正功能，参数可调的传感器模型，通讯协议，算法设计相对独立的特点极大地方便了多移动机器人系统的研究工作。     

一种移动机器人自适应轨迹跟踪控制算法研究

针对轮式移动机器人的轨迹跟踪问题,提出了一种基于运动学模型的自适应轨迹跟踪控制算法。在分析经典轨迹跟踪控制律缺点的基础上,算法中引入了机器人位姿误差的纵坐标误差以加速机器人的轨迹逼近速度,并采用人工场和位姿误差协同作用来共同完成机器人的导向控制。该控制律结构简单,鲁棒性强。仿真实验表明该方法使移动机器人具有更理想的逼近轨迹。