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力矩补偿的蛇形机器人被动蜿蜒运动方向控制被引量：1: 2013年; 在基于能量平衡的被动蜿蜒控制方法的基础上对力矩进行补偿,控制蛇形机器人的运动方向.该方法的核心思想是:方向控制是以基于能量平衡的被动蜿蜒控制为基础,因此遵守原控制算法的头部引导运动方向,身体跟随头部运动方向的运动特点;通过对头部力矩进行补偿实现运动方向的改变,身体力矩不变;头部补偿力矩利用指数函数的衰减性调节蛇形机器人的运动方向,最终实现蛇形机器人按期望方向运动.通过仿真研究和实验验证,证明这种运动方向控制方法的有效性.; 张丹凤吴成东李斌王明辉; 关键词：蛇形机器人指数函数能量平衡

基于最小无穷范数的蛇形机器人最优力矩控制被引量：7: 2014年; 带有被动轮的蛇形机器人在跟踪头部轨迹时,力矩输入具有无穷多解,其中振幅最小的解对应着电动机额定扭矩最小的情况,即为本文所指的优化力矩.由于带有被动轮的蛇形机器人侧向不打滑时轮子的法向速度为0,每个模块可以引入一个速度约束,此时蛇形机器人是一个非完整约束系统,而振幅最小的力矩对应着具有最小无穷范数的力矩.通过建立非完整约束动力学方程,将求解振幅最小的力矩转化为在动力学方程约束下求解最小无穷范数的问题.利用最小无穷范数的数值算法求得在蛇形机器人跟踪头部速度时的关节力矩最小无穷范数解,从而利用最小无穷范数解对蛇形机器人进行力矩控制,实现力矩振幅最小的最优力矩控制.动力学数值仿真结果证明了算法的有效性.; 郭宪王明辉李斌马书根王越超; 关键词：蛇形机器人

水陆两栖蛇形机器人的研制及其陆地和水下步态被引量：33: 2012年; 针对沼泽、浅滩等复杂环境对蛇形机器人的环境适应需求,在广泛分析国内外水陆两栖蛇形机器人研究最新进展的基础上,研发一种新型水陆两栖蛇形机器人。该机器人由9个具有密封设计的万向运动单元组成,保证了样机在陆地和水中均能灵活运动。基于简化的蛇形曲线得到水陆两栖蛇形机器人的基本二维运动步态即蜿蜒运动。对两个垂直平面上,即水平面和竖直面上基本步态进行复合,由基于启发式思想的三维步态生成方法,得到包括侧向蜿蜒等运动的水陆两栖蛇形机器人的多种陆地步态和水下步态,其中S形翻滚运动和螺旋翻滚运动为蛇形机器人的两种新型步态。通过步态试验验证了水陆两栖蛇形机器人的陆地和水下运动能力。在试验过程中,对陆地和水下步态的性能做出分析,分析结果对水陆两栖蛇形机器人在陆地和水下运动的位置和姿态控制具有重要意义。; 郁树梅王明辉马书根李斌王越超; 关键词：蛇形机器人步态控制

基于能量平衡的蛇形机器人被动蜿蜒控制方法被引量：1: 2013年; 在蜿蜒运动中,步态影响蛇形机器人的适应能力.为了提高蛇形机器人的适应速度,提出一种新的控制方法——基于能量平衡的被动蜿蜒控制方法.这种控制方法从能量平衡角度动态地考虑蛇形机器人、环境和控制量之间的相互关系.被动蜿蜒的核心思想体现在蛇形机器人为了实现能量按需供给,根据不同的环境和不同的运动需求调节运动步态,最终选择一个适应环境和运动需求的步态,经过调节获得的步态稳定在适应性优化的目标状态,即最优的力矩分布、动态跟随和能量的供需平衡,这种步态的产生受环境和运动需求的调节具有被动性.仿真和实验分别从蛇形机器人蜿蜒运动的关节角幅值和蜿蜒运动的自调节过程进行研究,研究结果证明产生的被动蜿蜒步态具有环境适应能力.通过与其他两种方法的对比可知,基于能量平衡的被动蜿蜒控制方法使蛇形机器人的适应速度得到提高.; 张丹凤吴成东李斌王明辉; 关键词：蛇形机器人能量平衡适应性步态

融合机械元的蛇形机器人循环抑制中枢模式发生器控制方法被引量：4: 2013年; 针对蛇形机器人中枢模式发生器(CPG)控制中控制信号以及传感信息缺少选择依据的问题,提出了一种融合了机械元的循环抑制CPG控制方法.首先,将蛇形机器人本体动力学方程改造为机械元引入循环抑制CPG模型.其次,提出了改进的Matsuoka神经元,从而使得神经元与机械元具有一致的表达形式.再次,分析了融入机械元的循环抑制CPG模型中的参数关系,并给出了控制信号和传感信息与CPG状态量关系的表达式.最后,利用仿真对所提出的方法进行了验证,并对产生结果进行了分析.该方法中蛇形机器人的控制信号与传感信息都具有明确的定义,且由于用机械元的物理结构代替了神经元的计算,降低了CPG的计算量.; 唐超权王明辉李斌马书根; 关键词：中枢模式发生器蛇形机器人

蛇形机器人被动蜿蜒避障运动的研究: 蛇形机器人在运动中要适应各种复杂的环境,为了避免发生碰撞,蛇形机器人在运动中必须避开前进方向的障碍物。本文利用头部关节参考角度相位调整法结合被动蜿蜒,通过能量状态调节头部关节输出力矩达到控制机器人躲避障碍物的目的。仿真结...; 张丹凤吴成东李斌; 关键词：蛇形机器人避障; 文献传递

VorSLAM算法中基于多规则的数据关联方法被引量：10: 2013年; 针对单独依据马氏距离(Mahalanobis distance)的数据关联(Data association,DA)算法不能保证输出正确结果的问题,结合VorSLAM(Voronoi partition based SLAM)算法所采用的混合地图表示方法的特点,本文提出了一个基于多规则的数据关联方法.该数据关联方法依据的规则包括局部搜索规则、传感器观测特征的单向性规则、马氏距离规则和轮廓匹配规则,诸个规则在每个数据关联周期依次执行.局部搜索规则和传感器观测特征的单向性规则可以有效地降低数据关联的搜索空间,同时可避免一类潜在的数据关联错误;马氏距离利用了特征参数表示的特征位置信息寻找多个可能的数据关联假设;根据VorSLAM算法中局部地图描述了产生对应特征的局部环境轮廓信息,轮廓匹配规则从多个可能的数据关联假设中识别出正确的数据关联假设.基于多规则的数据关联方法系统可靠地解决了VorSLAM算法中的数据关联问题,方法的有效性通过两个室内环境的实验得到了验证.; 郭帅马书根李斌王明辉王越超; 关键词：数据关联同步定位与地图创建地图创建

面向蛇形机器人的三维步态控制的层次化联结中枢模式生成器模型被引量：7: 2013年; 提高蛇形机器人的三维运动控制能力是提高蛇形机器人环境适应能力的关键之一.虽然联结中枢模式生成器(Connectionist central pattern generator,CCPG)模型具有复杂度小、适合硬件实现等优点,但是目前的CCPG模型难以生成相位协调的多自由度运动的控制信号,从而限制了它的三维步态控制能力.本文根据生物CPG机制的分层结构和运动神经元的功能,提出一个有层次化结构的CCPG(Hierarchical CCPG,HCCPG)模型.HCCPG模型由基本节律信号生成层、模式形成层、运动信号调整层这三个部分组成.运动信号调整层的运动神经元能够独立地对模式形成层的输出信号的幅值、相位等进行调整,从而较好地解决了CCPG模型难以生成相位协调的多自由度运动控制信号的问题.HCCPG模型具有步态控制能力强、复杂度小、有良好的扩展性等优点,从而适合用于控制三维步态.在HCCPG模型的基础上提出一个三维步态控制方法.仿真验证了这个控制方法的有效性.; 杨贵志马书根李斌王明辉; 关键词：蛇形机器人运动神经元

基于能量的蛇形机器人蜿蜒运动控制方法的仿真与实验研究被引量：15: 2011年; 能量作为最基本的物理量之一,联系着蛇形机器人蜿蜒运动的各个方面.能量耗散描述了环境交互作用,能量转换对应着运动的动力学过程,能量平衡反映了蜿蜒运动的协调性.提出一种基于能量的蛇形机器人蜿蜒运动控制方法被动蜿蜒.通过输出关节力矩控制机器人蜿蜒运动,由机器人的能量状态调整力矩的大小.仿真结果显示了被动蜿蜒控制下机器人的构形、角度、力矩、能量状态和转弯特性,并对控制力矩进行了递归分析.基于Optotrak运动测量系统构建了被动蜿蜒控制的模拟/物理混合实验系统.进行了移动实验和拖动实验,前者改变环境的摩擦特性,后者改变机器人的负载.仿真和实验验证了蛇形机器人被动蜿蜒控制的有效性和适应性.; 王智锋马书根李斌王越超; 关键词：蛇形机器人蜿蜒运动适应性

基于Voronoi地图表示方法的同步定位与地图创建被引量：8: 2011年; 针对基于混合米制地图机器人同步定位与地图创建(Simultaneous localization and mapping,SLAM)中地图划分方法不完善的问题,提出了基于Voronoi地图表示方法的同步定位与地图创建算法VorSLAM.该算法在全局坐标系下创建特征地图,并根据此特征地图使用Voronoi图唯一地划分地图空间,在每一个划分内部创建一个相对于特征的局部稠密地图.特征地图与各个局部地图最终一起连续稠密地描述了环境.Voronoi地图表示方法解决了地图划分的唯一性问题,理论证明局部地图可以完整描述该划分所对应的环境轮廓.该地图表示方法一个基本特点是特征与局部地图一一对应,每个特征都关联一个定义在该特征上的局部地图.基于该特点,提出了一个基于形状匹配的数据关联算法,用以解决传统数据关联算法出现的多重关联问题.一个公寓弧形走廊的实验验证了VorSLAM算法和基于形状匹配的数据关联方法的有效性.; 郭帅马书根李斌王明辉王越超; 关键词：同步定位与地图创建 VORONOI图数据关联移动机器人

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国家自然科学基金(61075103)

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