基于粒子滤波的移动机器人SLAM算法

针对FastSLAM算法对传感器精度要求较高,不适用于方向性差的超声传感器问题,提出了一种基于超声概率栅格地图环境特征点提取匹配的移动机器人粒子滤波同时定位与地图创建(SLAM)算法.该算法可分解为机器人位姿估计和环境路标估计2个部分.基于蒙特卡罗定位原理利用粒子滤波算法对机器人运动轨迹进行估计;在建立全局超声概率栅格地图的基础上,利用概率栅格地图环境特征提取算法对环境路标坐标进行估计.实验证明,该算法较好地解决了超声测距传感器由于散射角大带来的特征点估计不准的问题,对环境路标和机器人轨迹的估计都比较准确.并对移动机器人累计误差进行了有效的补偿,减少了由于累积误差造成的移动机器人轨迹扭曲失真.     

基于改进蚁群算法的区域伪卫星增强GPS星座优化设计

为实现信号遮挡严重区域伪卫星增强GPS系统的最优导航定位性能,提出了增强星座优化模型及基于改进蚁群算法的实现方法.首先,根据恶劣定位环境可见GPS卫星时空分布不均的特点,基于精度、可用性、连续性等导航性能指标以及系统投入成本和工程地质、地形条件建立增强星座的优化模型.然后,针对该模型主要评价指标的特点,利用改进的蚁群算法实现伪卫星最优位置的搜索.结合具有典型峡谷特征的小湾电站2号山梁相关实验,从多角度给出建立优化模型的准则及其对搜索算法的影响.实验结果表明,经优化设计后该区域的导航定位性能提高了35%～70%,能够满足形变监测系统的设计要求.     

人机交互力觉临场感遥操作机器人技术研究

 人机交互式机器人是当前机器人学研究的前沿和热点之一,而临场感(telepresence)技术是人与机器人交互的核心。本文通过阐述力觉临场感遥操作机器人技术的产生、发展和现状,介绍了力觉临场感遥操作机器人的系统组成,指出力觉临场感遥操作机器人面临的3 个难题:力感知、力反馈和大时延力控制。针对以上问题,对力觉临场感遥操作机器人的四大关键技术:传感技术、力反馈与触觉再现技术、大时延控制技术、虚拟预测环境建模技术进行了综述;介绍了东南大学仪器科学与工程学院机器人传感与控制技术研究所30 年来开展人机交互遥操作机器人技术研究的进展及其在核探测、康复医疗领域应用的情况。展望了人机交互力觉临场感遥操作机器人技术未来研究与发展的重点。     

热力学关系式的简便记忆法——菱形图阵法

本文提出了一种记忆热力学关系式的新方法。这种方法具有图面简单、有规则、记忆法则简捷等特点,只用一个图就可以帮助记忆38个以上的热力学公式。     

力觉临场感系统在时延下新的无源控制算法

通讯时延影响了力觉临场感系统的运行性能和稳定性。本文利用无源Ｎ端口网络的理论，分析了时延对力觉临场感系统的影响，提出了一套评价系统运行性能的计算方法，并以上此为基础，给出了一种新的无源控制算法，既保证了系统的性，又使得系统的运行性能最优。     

基于多部位振动触觉反馈的室内为人导航系统

为了改善传统为人导航系统的导航效果,设计了一种基于多部位振动触觉反馈的为人导航系统.该系统以具有自主导航功能的移动机器人为基础,运用充分考虑用户在系统中自主性和舒适性的人机协作导航算法,使用户能自由地选择行走速度.通过统计学方法研究人体各部位振动触觉感知能力,发现手指和手腕适合充当振动触觉信号的感知部位.开发多部位振动触觉装置作为系统的人机接口,利用该人机接口和人机协作导航算法实现了系统的自主为人导航.系统性能验证实验结果表明,基于多部位振动触觉反馈的导航系统具有良好的抗干扰能力,平均队形误差均值为0. 23 m,导航速度为0. 13 m/s,优于基于运动觉反馈的导航系统和基于单部位振动触觉反馈的导航系统.     

基于萤火虫算法的DDE-PID加热炉炉温控制

针对加热炉炉温控制的目标多变、干扰因素多等问题,提出基于萤火虫算法(firefly algorithm)优化预期动态(desired dynamic equation,DDE)二自由度PID控制策略。将非线性鲁棒控制器(Tornambe Controller)中的不确定因素和外部干扰项利用观测器近似替换,运用预期动态法构建动态特性方程,推导出带有预期动态特性方程系数和观测器参数的二自由度PID等价形式。在判定系统稳定性后确定待优化参数选值范围,进而通过萤火虫优化算法选取最优参数。研究结果表明：与常规PID和二自由度PID控制相比,模型适配时所提出的控制策略使调节时间最多减少38 s,超调量最多降低15%,系统抗干扰性良好。使用所提策略后,炉温控制偏差小于±20℃,炉温波动降低60%,系统稳定性和抗干扰能力明显提高。     

力觉临场感机器人基于在线修正虚拟模型的远程控制

虚拟建模技术是克服遥操作时延问题的有力手段,但是这种方式依赖于虚拟模型建立的精度.为了获得准确的虚拟模型,提出了一种在线修正虚拟模型的方法,通过对虚拟模型几何误差和动力学误差的在线修正,从而获得准确的交互信息.首先采用图形图像的叠加及远地位置和力信息的融合技术来修正远地环境的几何模型,同时采用滑动平均最小二乘法(SALS)来实时辨识远地工作环境的质量、阻尼和刚度,建立和修正远地环境的动力学模型.实验结果表明,通过以上方法在线修正的远地虚拟环境模型可以有效地消除时延带来的影响,提高系统的可操作性.     

单次运动想象脑电的特征提取和分类

为了实现脑-计算机接口(BCI)系统,对运动想象脑电信号的特征进行了提取和分类.将大脑C3,C4处采集的二路运动想象脑电信号分成4段,分别建立六阶AR参数模型进行功率谱估计,再对每段数据的功率谱求和构造特征矢量,提供给误差反向传播算法进行左右手运动想象脑电模式分类.结果表明,该方法提取的特征向量较好地反应了运动想象脑电信号的事件相关去同步(ERD)和事件相关同步(ERS)的变化时程.另外,该方法识别率高,复杂性低,适合在线脑-计算机接口的应用.     

一种用于力觉再现的柔性体变形仿真弹簧-质点模型

提出一种新型的在虚拟现实中可实现的弹簧-质点力/变形模型.它按质点连接顺序划分层次,以受力网格为第1层,构建类似同心环状的弹簧-质点系统.施力刚体以点接触的方式与柔性体进行力交互作用.运用虚功原理,结合施力刚体与受力柔性体组成的系统中虚拟力和质点位移的关系,区别于以往对局部变形的研究,对柔性体进行全局变形分析.柔性体变形是整个柔性体表面质点在力平衡条件下位移变化累加的结果.利用DELTA 手控器对柔性体的接触变形以及实时虚拟力反馈进行仿真,实验表明所提出的方法适用于柔性体的力反馈计算,满足精细作业对虚拟现实系统的要求.