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水陆两栖蛇形机器人的研制及其陆地和水下步态

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机械工程学报 2012年第9期48卷 18-25页

作者：郁树梅王明辉马书根李斌王越超中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室沈阳110016 中国科学院研究生院北京100039 立命馆大学机器人系

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... 详细信息

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。

关键词：蛇形机器人水陆两栖蛇形机器人步态控制蛇形曲线

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流形网格上机构运动轨迹的参数化生成方法

机械工程学报 2006年第8期42卷 84-88,94页

作者：孙玉文王海霞刘伟军王越超大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室大连116024 中国科学院沈阳自动化研究所沈阳110016

在三角网格模型上操作机构的运动轨迹生成通常采用截面线法,当网格边界复杂时由此生成的运动轨迹很难保证与边界的一致性,从而产生较多较短的单条路径。基于调和映射技术,提出复杂网格曲面上机构运动轨迹参数化生成的一般方法。通过将... 详细信息

在三角网格模型上操作机构的运动轨迹生成通常采用截面线法,当网格边界复杂时由此生成的运动轨迹很难保证与边界的一致性,从而产生较多较短的单条路径。基于调和映射技术,提出复杂网格曲面上机构运动轨迹参数化生成的一般方法。通过将复杂网格模型同胚映射到平面上的圆形区域或矩形区域,建立在参数曲面基础上的Zigzag型及轮廓型等参数轨迹线的具体规划模型,给出该种情况下轨迹离散点、行距及机构运动干涉的计算方法与解决方案。实例表明该轨迹生成方法具有良好的边界一致性,并因其固有的轨迹磨光性质提高了运动机构的动力学性能及运行效率。

关键词：三角网格调和映射加工轨迹规划可接近性分析

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SLASEM中的基于广义距离的数据关联

机器人 2011年第2期33卷 208-214页

作者：孙荣川马书根李斌王明辉王越超中国科学院沈阳自动化研究所辽宁沈阳110016 中国科学院研究生院北京100049 立命馆大学

介绍了一种同时定位与采样环境地图创建(SLASEM)中的数据关联方法.针对地图中的采样环境粒子与实际环境之间没有一一对应性、传统的马氏距离不能描述SLASEM中两个物体之间相似性的特点,提出了两个点集合之间的一种广义距离函数,并利用... 详细信息

介绍了一种同时定位与采样环境地图创建(SLASEM)中的数据关联方法.针对地图中的采样环境粒子与实际环境之间没有一一对应性、传统的马氏距离不能描述SLASEM中两个物体之间相似性的特点,提出了两个点集合之间的一种广义距离函数,并利用该距离函数进行数据关联.同时,提出了基于环境拓扑结构的方法解决多重数据关联问题,并且利用前一时刻的数据关联的结果辅助当前时刻的数据关联.最后,用两个室内环境的实验验证了所提算法的有效性.

关键词：同时定位与地图创建同时定位与采样环境地图创建数据关联马氏距离

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基于纳米运动平台的原子力显微镜开发

高技术通讯 2007年第3期17卷 268-273页

作者：焦念东王越超席宁董再励中国科学院沈阳自动化研究所沈阳110016 中国科学院研究生院北京110039 美国密西根州立大学电子与计算机工程系兰辛48824

采用一种无耦合、三轴精确定位的纳米运动平台作为扫描器,研制了一种新型原子力显微镜（AFM）。该AFM有效消除了通常使用的单管式压电陶瓷扫描器扫描过程中运动耦合产生的两种结构误差——交叉耦合误差和扫描范围误差,极大提高了纳米测... 详细信息

采用一种无耦合、三轴精确定位的纳米运动平台作为扫描器,研制了一种新型原子力显微镜（AFM）。该AFM有效消除了通常使用的单管式压电陶瓷扫描器扫描过程中运动耦合产生的两种结构误差——交叉耦合误差和扫描范围误差,极大提高了纳米测量及操作的精度。

关键词：原子力显微镜运动耦合纳米运动平台 AFM力曲线

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蛇形机器人伸缩运动仿生研究

机械工程学报 2005年第5期41卷 108-113页

作者：刘金国王越超李斌陈丽马书根中国科学院沈阳自动化研究所机器人学重点实验室沈阳110016 日本国立茨城大学工学部系统工程系

对生物蛇在不同环境中的运动步态进行了观察与试验,试验发现蛇具备垂直平面内的伸缩运动功能。详尽分析了水平面内和垂直面内伸缩运动的运动机理、运动特点和它们所能适应的特殊环境。分别建立了两种伸缩运动的数学模型,并对数学模型进... 详细信息

对生物蛇在不同环境中的运动步态进行了观察与试验,试验发现蛇具备垂直平面内的伸缩运动功能。详尽分析了水平面内和垂直面内伸缩运动的运动机理、运动特点和它们所能适应的特殊环境。分别建立了两种伸缩运动的数学模型,并对数学模型进行了运动学分析。根据蛇的伸缩运动机理,设计了蛇形机器人的仿生机械结构。最后根据数学模型,对蛇形机器人进行了伸缩运动试验,验证了这两种运动步态的可实现性。

关键词：蛇形机器人伸缩运动仿生学建模

胶囊机器人与肠道准静态交互的临界滑动阻力研究

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机器人 2014年第6期36卷 704-710页

作者：谭人嘉刘浩李洪谊王越超中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室辽宁沈阳110016 中国科学院大学北京100049

目前,胶囊机器人从静止状态到相对运动发生的这一过程中所需要克服的阻力尚无有效数据.本文针对这一问题进行交互分析,量化影响临界滑动阻力的因素.首先基于Ciarletta的超弹模型,分析"内力-摩擦"式和磁驱式胶囊机器人实现运动所需的临... 详细信息

目前,胶囊机器人从静止状态到相对运动发生的这一过程中所需要克服的阻力尚无有效数据.本文针对这一问题进行交互分析,量化影响临界滑动阻力的因素.首先基于Ciarletta的超弹模型,分析"内力-摩擦"式和磁驱式胶囊机器人实现运动所需的临界滑动阻力.首先分别建立了包括胶囊机器人头部压力、中段摩擦力和头部摩擦力的阻力模型,并根据力的平衡关系获得临界滑动阻力的表达式.其次,构建了实验台并利用家猪的离体小肠开展了实验.随后对影响临界阻力的参数进行了分析,包括胶囊机器人外径与肠管的内径比(R/r)、肠管摩擦系数和胶囊机器人的中段长度.临界滑动阻力的理论计算结果与实验结果达到较好的吻合.R/r和肠道摩擦系数的增大都会导致临界滑动阻力增大.胶囊头部所受摩擦力在阻力中所占比例小于1%.胶囊机器人受到的阻力与其中段长度呈线性关系.提出的模型能够准确地预测临界滑动阻力,可体现各因素的影响,其中最为主要的影响是R/r.

关键词：胶囊机器人驱动摩擦力临界滑动阻力超弹性

机器人化纳米操作系统驱动器驱动与探针定位研究

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仪器仪表学报 2007年第7期28卷 1223-1228页

作者：田孝军王越超席宁董再励李文荣中国科学院沈阳自动化研究所机器人学重点实验室沈阳110016

对基于AFM的机器人化纳米操作系统而言,一个关键问题是如何实现纳米操作时探针的高精度驱动与定位。对此,本文基于对压电陶瓷驱动器的迟滞/非线性特性及现有驱动方法的详细分析,提出"基于复现扫描轨迹的驱动方法"来对操作时的驱动器进... 详细信息

对基于AFM的机器人化纳米操作系统而言,一个关键问题是如何实现纳米操作时探针的高精度驱动与定位。对此,本文基于对压电陶瓷驱动器的迟滞/非线性特性及现有驱动方法的详细分析,提出"基于复现扫描轨迹的驱动方法"来对操作时的驱动器进行驱动;另外,还对管式驱动器弯曲运动所产生的运动学耦合误差、探针悬臂变形所引起的针尖偏移误差进行了定量分析与补偿。采用上述驱动方法及进行误差补偿后,可以大大提高探针的定位精度,从而使纳米操作与装配得以高精度进行。纳米刻画实验验证了该新型驱动方法及误差补偿的有效性。

关键词：驱动器驱动探针定位复现扫描轨迹运动学耦合误差悬臂变形

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全地形轮式移动机器人运动学建模与分析

机械工程学报 2008年第6期44卷 148-154页

作者：宋小康谈大龙吴镇炜王越超中国科学院沈阳自动化研究所机器人学实验室沈阳110016 中国科学院研究生院北京100049

提出全地形轮式移动机器人的正逆运动学问题。将机器人看成一个混合串-并联多刚体系统,从每个轮-地接触点到机器人车体分别构成一个串联子系统,抛弃车轮纯滚动假设,在轮-地接触点处建立瞬时坐标系,考虑车轮的平面滑移,从而对每个串联子... 详细信息

提出全地形轮式移动机器人的正逆运动学问题。将机器人看成一个混合串-并联多刚体系统,从每个轮-地接触点到机器人车体分别构成一个串联子系统,抛弃车轮纯滚动假设,在轮-地接触点处建立瞬时坐标系,考虑车轮的平面滑移,从而对每个串联子系统形成一个封闭的速度链。对于每个速度闭链,可直接在驱动轮轮心处写出从机器人各驱动轮到机器人本体之间的运动方程,将每个速度闭链的运动方程合并即可得到机器人的整体运动学模型。以一个具有被动柔顺机构的六轮全地形移动机器人为对象进行推导,该方法既考虑了地形不平的影响,又考虑了车轮的前向、侧向及转向滑移,已知机构参数后就可以直接写出机器人的速度方程,且便于运动学求解。该方法对于轮式移动机器人的运动学建模具有一般性,且具有物理意义明确、推导过程简洁等特点。

关键词：全地形轮式移动机器人被动柔顺机构运动学建模

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基于自调整神经元的无人直升机航向控制方法

机械工程学报 2007年第12期43卷 137-143页

作者：姜哲赵新刚韩建达王越超中国科学院沈阳自动化研究所机器人学实验室沈阳110016

直升机航向动力学包含输入非线性、时变参数和主-尾旋翼之间的强耦合,传统的比例积分微分(Proportional integral differential,PID)方法很难达到良好的控制性能。基于以上原因,通过把自调整神经元与滑模控制相结合,提出一种能够解决带... 详细信息

直升机航向动力学包含输入非线性、时变参数和主-尾旋翼之间的强耦合,传统的比例积分微分(Proportional integral differential,PID)方法很难达到良好的控制性能。基于以上原因,通过把自调整神经元与滑模控制相结合,提出一种能够解决带有输入非线性的航向自适应控制方法。与常规自适应控制相比,用滑模条件代替误差函数作为目标函数,使控制器在保证闭环稳定性的同时,能够进一步使跟踪误差满足期望精度。证明了该方法的稳定性,针对实际模型直升机试验平台航向动力学模型的仿真结果,以及与传统PID方法的比较都表明了该方法的有效性。

关键词：自调整神经元输入非线性直升机航向控制