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移载机器人路径跟踪系统研究及控制系统设计

移载机器人路径跟踪系统研究及控制系统设计

作者：钟浩翔北京石油化工学院

学位级别：硕士

在日益严重的人口老龄化背景下,越来越多的老年人和失能人群失去了通过四肢自主操控轮椅运动辅助日常移动和出行的能力。自动化全向移载机器人结合EEG-BCI(Electroencephalogram-Brain Computer Interface)系统,能够有效提升失能人群的... 详细信息

在日益严重的人口老龄化背景下,越来越多的老年人和失能人群失去了通过四肢自主操控轮椅运动辅助日常移动和出行的能力。自动化全向移载机器人结合EEG-BCI(Electroencephalogram-Brain Computer Interface)系统,能够有效提升失能人群的自主移动能力,为解决这一问题提出了良好的解决方案。本课题旨在设计一款具有良好全向移动性与安全性的移载机器人底盘,并对其路径跟踪算法和控制系统进行深入研究,具体内容如下:(1)分析了移载机器人的主要功能需求以及性能指标;确定了移载机器人底盘轮系驱动和布局方案,确定了移载底盘导航定位方案、控制系统硬件和软件方案包括通讯和脑电触发方式等;完成了移载机器人的硬件、软件以及导航定位方案的设计及选型。(2)根据移载机器人底盘运动分析,建立了移动底盘的正、逆运动学模型并进行仿真分析,结合运动学模型建立了位姿偏差更新迭代式;针对使用最优控制原理的路径跟踪控制器存在的计算困难和使用复杂等问题,设计了基于最优控制理论的多步预测路径跟踪算法,保证纠偏精度的同时实现了角度偏差和位置偏差的同步消除;接着针对纠偏用时和位置偏差最大超调两项评价指标,优化设计了异号偏差控制器。使用MATLAB对所提出的路径跟踪算法进行了对比仿真,仿真结果显示,所设计的两种路径跟踪算法结合使用,能够有效降低纠偏用时,并且大幅降低位置偏差最大超调,从而验证了算法的正确性和有效性。(3)结合机器人实际应用场景,确定了使用Visual Studio 2017开发的上位机操作系统,以自上而下的设计思路对上位机软件层级架构进行分析,详细介绍了初始化、安全监测与处理、路径跟踪、脑电采集和分析、串口通讯以及数据库存取等功能的软件设计,最终实现由脑电打字结果作为目标地点输入的患者移载功能。(4)装配了移载机器人底盘物理样机,搭建了使用FARO激光跟踪仪的高精度测量系统;对所搭建的物理样机进行速度性能测试、圆周运动性能测试,验证了运动学模型的正确性以及全向移动性;然后,进行了路径跟踪精度测试,验证了本课题提出算法的正确性和有效性。测试结果显示,移载机器人底盘满足各系统性能设计要求,为患者的自主化移乘奠定了基础。

关键词：移载底盘路径跟踪系统预测控制算法运动精度性能测试

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四舵轮移动机器人分段预测路径跟踪系统研究

机械科学与技术 2023年第12期42卷 1967-1971页

作者：钟浩翔钟磊焦向东北京石油化工学院机械工程学院北京102617 首都航天机械公司北京100076

针对四舵轮移动机器人路径跟踪特点,使用工控机、运动控制卡,基于Visual C++平台开发了一种移动机器人路径跟踪系统。针对四舵轮移动机器人构型,采用速度-几何法建立了机器人运动学控制模型。提出了一种基于最优控制的分段预测路径跟踪... 详细信息

针对四舵轮移动机器人路径跟踪特点,使用工控机、运动控制卡,基于Visual C++平台开发了一种移动机器人路径跟踪系统。针对四舵轮移动机器人构型,采用速度-几何法建立了机器人运动学控制模型。提出了一种基于最优控制的分段预测路径跟踪算法,避免了对所需参数进行试凑的同时,降低了车体远离目标路径情况下的距离偏差最大超调与纠偏总步数。路径跟踪实验表明,应用所提出的分段预测路径跟踪算法的移动机器人可以较好地跟踪目标路径,相比未使用分段预测路径跟踪算法的多步预测控制,其位置偏差最大超调降低了29.81%,达到35.563 mm,纠偏用时降低了38.10%,达到13 s,且定位精度达到11.292 mm、0.51°,可以较好地满足四舵轮移动机器人定位需求。

关键词：四舵轮移动机器人运动学路径跟踪分段预测控制

物流AGV机器人举升剪叉臂结构优化设计与分析

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现代制造工程 2022年第9期 34-39,81页

作者：王殿君朱亚东陈亚张朋钟浩翔王子龙北京石油化工学院机械工程学院北京102617

为提高物流AGV机器人的作业效率和安全性,设计适合货物存取的小体积举升系统,该举升系统具有左右对称分布的单级双剪叉机构。基于简化的举升机构三维模型,进行了静力学特性分析,并检验了力学模型的准确性;构建了以剪叉臂内径高和宽、壁... 详细信息

为提高物流AGV机器人的作业效率和安全性,设计适合货物存取的小体积举升系统,该举升系统具有左右对称分布的单级双剪叉机构。基于简化的举升机构三维模型,进行了静力学特性分析,并检验了力学模型的准确性;构建了以剪叉臂内径高和宽、壁厚为变量,以结构体积为目标函数,以最大变形量和最大等效应力为约束条件的优化数学模型,采用零阶算法对设计变量进行优化,得到合适的剪叉臂结构参数;经校核新结构的强度符合设计要求,仿真实验验证基于零阶算法设计的举升机构剪叉臂结构合理性,为相关举升构件的优化设计提供了参考。

关键词：物流AGV机器人举升机构剪叉臂零阶算法优化设计

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双舵轮泊车机器人运动学分析及定位系统研究

机械科学与技术 2023年第10期42卷 1625-1629页

作者：钟浩翔陈亚王殿君朱亚东焦向东高易佳北京石油化工学院机械工程学院北京102600

针对泊车机器人定位特点,使用惯导、里程计、二维码模块,基于Visual C++平台开发了一种泊车机器人定位系统。针对双舵轮泊车机器人构型,采用速度-几何法建立了机器人运动学模型,在此基础上,推导了惯导传感器数据的姿态变换矩阵,建立了... 详细信息

针对泊车机器人定位特点,使用惯导、里程计、二维码模块,基于Visual C++平台开发了一种泊车机器人定位系统。针对双舵轮泊车机器人构型,采用速度-几何法建立了机器人运动学模型,在此基础上,推导了惯导传感器数据的姿态变换矩阵,建立了里程计传感器运动模型,结合运动学航位推算与卡尔曼滤波方法,提出了一种多传感器组合定位方法。泊车机器人定位实验表明,应用多传感器组合定位方法的泊车机器人可以较好地实现机器人稳定工作,相比航位推算定位方法,其平均定位偏差降低了92%,达到14.04 mm,定位精度显著提高,可以较好地满足泊车机器人定位需求。

关键词：泊车机器人运动学移动机器人定位速度-几何法

两种麻醉方法对肝癌手术患者外周血炎性细胞因子IL-1β、IL-17基因表达的影响对比研究

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吉林医学 2021年第3期42卷 598-601页

作者：钟浩翔惠州市第一人民医院麻醉科广东惠州516000

目的:探讨两种麻醉方法对肝癌手术患者外周血炎性细胞因子白细胞介素1β(IL-1β)、白细胞介素17(IL-17)等基因表达的影响对比研究。方法:选取60例肝癌患者作为研究对象,所有患者均行老年肝癌根治术治疗。根据不同的麻醉方法随机分为观... 详细信息

目的:探讨两种麻醉方法对肝癌手术患者外周血炎性细胞因子白细胞介素1β(IL-1β)、白细胞介素17(IL-17)等基因表达的影响对比研究。方法:选取60例肝癌患者作为研究对象,所有患者均行老年肝癌根治术治疗。根据不同的麻醉方法随机分为观察组和对照组各30例。观察组行舒芬太尼复合丙泊酚靶控注射,对照组注射舒芬太尼,丙泊酚靶控输注维持肝癌根治术麻醉。比较两组患者不同时间点的应激反应、认知功能、炎性反应以及β淀粉样蛋白(S100β和Aβ)。结果:麻醉后1 h,观察组患者的MMSE量表评分明显低于对照组和麻醉前,差异有统计学意义(P0.05),观察组的患者麻醉后1h与手术后1 d的SOD评分以及MDA评分显著低于对照组的患者,差异有统计学意义(P0.05),但明显低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);两组麻醉1 h和术后1 d的β淀粉样蛋白(S100β和Aβ)较麻醉前明显升高,差异有统计学意义(P<0.05),对照组升高程度更明显。结论:对于老年肝癌患者,在肝癌根治术中两种麻醉方法在对患者产生术后认知功能方面均有一定影响,但舒芬太尼复合丙泊酚靶控注射总体对患者的影响更小,对于患者麻醉术后产生的应激反应在一定程度上更好地起到了抑制作用,可作为首选麻醉方法广泛应用到临床工作中,在临床上值得大力推广。

关键词：麻醉舒芬太尼认知功能应激

老年肺癌根治术应用不同剂量的麻醉药物对患者认知功能及氧化应激反应的影响

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海峡药学 2021年第7期33卷 145-147页

作者：钟浩翔惠州市第一人民医院麻醉科广东惠州516000

目的探讨不同剂量的舒芬太尼对老年肺癌根治术患者的认知功能及氧化应激反应的影响。方法选取2017年1月至2019年1月期间在我院接受肺癌根治术治疗的120例患者,手术期间均使用舒芬太尼。按不同麻醉剂量分为A、B、C、D四组,每组30例,其中... 详细信息

目的探讨不同剂量的舒芬太尼对老年肺癌根治术患者的认知功能及氧化应激反应的影响。方法选取2017年1月至2019年1月期间在我院接受肺癌根治术治疗的120例患者,手术期间均使用舒芬太尼。按不同麻醉剂量分为A、B、C、D四组,每组30例,其中A组静脉注射生理盐水15 mL,其余三组均静脉注射麻醉药物,B组、C、D组给药剂量分别为0.1μg·kg^(-1)、0.15μg·kg^(-1)以及0.2μg·kg^(-1),并对比麻醉前后不同时间点患者的炎症反应、应激反应以及认知功能情况。结果麻醉后1 h,四组患者的MMSE量表评分明显低于麻醉前(P0.05);四组麻醉前的超氧化物歧化酶(SO D)活性、丙二醛(MDA)评分无统计学意义(P>0.05),四组麻醉后各时间点MDA和SOD表达相比,A组水平最高,C组水平最低(P0.05),而其他3组与其麻醉前相比较有统计学意义(P<0.05);与麻醉前相比,麻醉后各时间点所有患者β淀粉样蛋白(S100β)和(Aβ)均明显升高(P<0.05),其中,C和D组患者的升高水平明显低于其他两组。结论不同剂量的舒芬太尼应用于老年肺癌根治术均会影响到患者术后认知功能,但是中等剂量的影响相对较小,且更好抑制麻醉后应激反应。但其对免疫功能亦有一定的抑制作用,具有一定的剂量依赖性。

关键词：舒芬太尼肺癌根治术认知功能不同剂量

用罗哌卡因对行肛肠手术的患者实施腰硬联合麻醉的效果分析

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当代医药论丛 2017年第24期15卷 91-92页

作者：钟浩翔惠州市第一人民医院麻醉科广东惠州516000

目的:探讨用罗哌卡因对进行肛肠手术的患者实施腰硬联合麻醉的临床效果。方法:将近年来在惠州市第一人民医院进行肛肠手术的100例患者作为研究对象。将这100例患者平均分为布比卡因组和罗哌卡因组。对两组患者均进行肛肠手术。为布比卡... 详细信息

目的:探讨用罗哌卡因对进行肛肠手术的患者实施腰硬联合麻醉的临床效果。方法:将近年来在惠州市第一人民医院进行肛肠手术的100例患者作为研究对象。将这100例患者平均分为布比卡因组和罗哌卡因组。对两组患者均进行肛肠手术。为布比卡因组患者使用布比卡因进行腰麻-硬膜外联合麻醉,为罗哌卡因组患者使用罗哌卡因进行腰麻-硬膜外联合麻醉。然后,比较两组患者的麻醉效果及其对麻醉效果的满意率。结果:两组患者均在未添加麻醉药的情况下顺利完成手术。与布比卡因组患者相比,罗哌卡因组患者的最大运动阻滞程度更低,其运动阻滞起效的时间更慢(P0.05)。两组患者对麻醉效果的满意率相比,差异无统计学意义(P>0.05)。结论:与使用布比卡因相比,使用罗哌卡因对进行肛肠手术的患者实施腰硬联合麻醉的效果更好,可明显减轻对其神经系统损害的程度,且镇痛效果明显。

关键词：腰麻-硬膜外联合麻醉布比卡因罗哌卡因肛肠手术

基于遗传算法的平面移动式立体车库存取调度优化

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北京石油化工学院学报 2021年第4期29卷 19-24,36页

作者：陈亚杨佳衡沈伟东钟浩翔朱亚东邓黎明北京石油化工学院机械工程学院北京102617 中国联合网络通信有限公司勃利县分公司黑龙江勃利154500 北京化工大学机电工程学院北京100029

针对平面移动式立体车库存取车效率低的问题,利用遗传算法对原地待命策略进行了存取车调度优化。建立了以总存取车时间为目标函数的数学模型,采用整数编码对存取车序列进行优化,通过仿真对比不同任务情况下对存取车时间的优化结果。结... 详细信息

针对平面移动式立体车库存取车效率低的问题,利用遗传算法对原地待命策略进行了存取车调度优化。建立了以总存取车时间为目标函数的数学模型,采用整数编码对存取车序列进行优化,通过仿真对比不同任务情况下对存取车时间的优化结果。结果表明,与优化前的随机存取策略相比,存取车总时间缩短了33%以上。最后进行了5个随机任务的调度实验,存取车总时间缩短了15.68%。验证了基于该算法优化后的立体车库调度策略对提升存取车效率的有效性,为该类型的车库调度设计提供理论支持和借鉴。

关键词：平面移动式立体车库调度优化遗传算法算法优化

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浅析解答圆锥曲线问题的基本思路

明日风尚 2017年第22期 197-197页

作者：钟浩翔长沙市长郡中学

高中数学课程当中,圆锥曲线是十分重要的课程内容。其在高考数学考试中十分常见,对于学生的抽象思维能力以及理解能力要求较高,实际问题解决面临困难。本文简要就当前常用的圆锥曲线问题解决的基本思路进行分析,以期为广大高中生实现圆... 详细信息

高中数学课程当中,圆锥曲线是十分重要的课程内容。其在高考数学考试中十分常见,对于学生的抽象思维能力以及理解能力要求较高,实际问题解决面临困难。本文简要就当前常用的圆锥曲线问题解决的基本思路进行分析,以期为广大高中生实现圆锥曲线问题解决能力的提升提供参考。

关键词：高中圆锥曲线解题思路