摘要：微型无人机一般指尺寸在10 cm以下的超小体积无人机,其载荷能力有限,无法携带高性能传感器及机载计算机,在执行自主飞行任务方面存在困难.本文在导航和识别方面提出了一种在微型无人机上装配单目相机及激光传感器实现室内目标人物搜索的方案.为在含有多房间的复杂室内环境中到达目标人物所在区域,本文基于激光测距路径规划实现了微型无人机的"沿边"搜索,完成了对室内主要区域的遍历式查找.同时,设计了一种基于地面站辅助云计算,结合全卷积神经网络单目图像深度恢复与深度阈值图的路径规划方法,在激光无法正常工作时完成导航任务并优化"沿边"飞行过程中冗余的搜索路径.为检测并跟踪搜索过程中出现的目标人物,本文采用YOLOv3目标检测算法对人脸、躯干、人手等多部位进行检测,并采用剪枝化设计降低了其检测耗时.为确保目标面部特征丢失时仍能对其进行持续跟踪,本文提出了一种人脸识别与躯干检测切换式的跟踪方案,同时能通过检测到的手部位置信息,对目标的意图进行实时判断.经实验比对,本文的算法有效缩短了搜索过程的飞行距离,提升了目标追踪的成功率.

摘要：针对无人驾驶车辆爆胎后的转向控制问题,考虑实时性和控制性能的要求,提出了连续时域自适应预测控制方法.爆胎使得滚动阻抗系数和侧偏刚度等轮胎参数在短时间内产生剧烈的变化,从而导致转向控制失灵,进而引起无人驾驶车辆偏离道路甚至侧翻.为此,对无人驾驶车辆标称动力学模型进行反馈线性化,结合泰勒展开预测无人驾驶车辆的运动趋势.在此基础上,将爆胎引起的参数变化转化为不确定,利用模糊系统万能逼近原理,通过设计自适应模糊观测器进行在线观测.并同时考虑控制输入的饱和约束,利用连续预测控制方法设计解析控制律,以满足系统控制的实时性要求.最后,与传统非线性预测控制以及PID控制进行了仿真对比.从仿真结果可以看出,当车辆发生爆胎后,轮胎滚动阻抗系数瞬时增大了29倍、侧偏刚度瞬时降低了72%,如不施加额外的转向控制作用,无人驾驶车辆将在1 s内偏离原车道约5.5 m.而施加本文所提方法后,系统的实时性和控制性能均优于给定传统算法.一方面,与非线性预测控制和PID控制相比,所提方法计算速度提高了约150倍,计算时间缩短约50%;另一方面,在给定的控制输入饱和约束范围内,所提方法仍能够控制无人驾驶车辆在爆胎后只发生微小偏移,偏移量仅为传统算法的2.5%左右.

摘要：为综合得到完全各向同性解耦并联机器人构型,基于GF集理论提出了一种简单而有效的构型综合方法.阐述GF集的基本概念、运算法则,转动特征存在条件;给出机构输入运动副选择原则和分支设计准则,确保了并联机构运动各向同性及解耦性;根据该构型综合原理,实现了3T1R的4自由度完全各向同性解耦并联机构型综合,得到了大量新构型;针对所综合的一种新型并联机构,运用螺旋理论求解其机构的自由度并推导其雅克比矩阵,验证了该机构的完全各向同性,也进一步证明了该构型综合方法的有效性.

摘要：针对混联机构内部耦合性带来运动学分析困难的问题,基于G_F集理论提出了一种简单而有效的三移动两转动(3T2R)完全各向同性构型综合方法。介绍了G_F集的基本概念和运算法则。通过分析混联机构组成特点,提出了将并联、串联模块按照G_F集求和运算以及G_F集元素组合原则构造完全各向同性混联机构的方法,建立了混联机构数综合方程。同时给出了机构输入运动副选择原则和支链设计准则,确保了混联机构中各模块运动的解耦性。按照完全各向同性混联机构设计步骤,得到了构成完全各向同性3T2R混联机构各模块单元的组合形式。以其中一种组合形式为例,综合出了完全各向同性3T2R五自由度混联机构。基于约束螺旋理论,分析了所综合出的一种混联机构的自由度,通过ADAMS建模得以验证,通过对模型运动仿真,绘制出机构末端输出速度曲线,验证了完全各向同性构型综合方法的正确性。

摘要：为综合得到三移动一转动(3T1R)混联机构,利用分形理论和机构拓扑图,提出了一种全新有效的混联机构型综合方法,主要思想是将混联构型转化为连杆机构,机构拓扑图作为连杆机构的主体,运动副作为杆件的组成元素。根据分形理论,对机构拓扑图进行有序分形,并通过输出位移子集的排列组合和适配运动副,实现了混联机构构型的多样化。提出了可用于求解复杂机构拓扑图的多路径输出的路径法则,并且规定了用于推导运动副位移子集的串并联计算方法。根据机构拓扑图和分形方式,将混联机构按有、无横向支链分为2种类型。建立了分形与混联机构的关系模型,在数理逻辑关系上使机构设计与分形理论得到了统一。采用Matlab编程的形式综合出了3T1R四自由度混联机构,实现了其中一个混联机构的构型设计,并验证了构型设计方法的正确性。

摘要：强干扰的环境下,基于传感器阵列的波达方向(Direction of arrival,DOA)估计是阵列信号处理中的重要问题。虽然对于网格点目标现有方法的DOA估计精度较高,但对于离格点目标现有方法的DOA估计性能会严重下降。本文提出一种离格情况下的DOA估计方法,首先设计一种鲁棒的正交零陷矩阵滤波法(Robust orthogonal matrix filter with nulling,ROMFN),它结合了正交零陷滤波法(Orthogonal matrix filter with nulling,OMFN)和最差性能下的鲁棒自适应波束形成,在对离格点目标达到滤波效果的同时只需设计较少的网格点。此外,新的矩阵滤波法保留了高斯白噪声的特性,避免了噪声白化的预处理过程。其次基于离格点稀疏贝叶斯推断(Off?grid sparse Bayesian inference,OGSBI)和ROMFN,形成一种强干扰下DOA估计的新方法。与现有方法相比,仿真结果表明该方法可以在不同的网格间距、不同的信噪比和干噪比下获得更高的估计精度。

摘要：为了在保持转动刚度变化不大的情况下,使得LET(Lamina Emergent Torsion)柔性铰链能够适用于存在轴向载荷的场合,即拥有较大的轴向刚度,本文对LET的结构进行了适当改进,设计了一种新型柔性铰链——抗拉LET柔性铰链。基于抗拉LEMs(Lamina Emergent Mechanisms)柔性铰链结构,将整个抗拉LET柔性铰链等效为弹簧刚度模型,并对该弹簧刚度模型进行理论建模,得到封闭解。之后采用ANSYS软件,建立其有限元模型,分析其在转动载荷和轴向载荷两种不同场合下的形变,并同之前的理论模型进行比较。结果表明,采用弹簧刚度模型得到的等效刚度解与仿真分析结果较为一致,抗拉LET柔性铰链的弯曲刚度仅是传统LET柔性铰链的1.12倍,而拉伸刚度却是它的76.43倍。在弯曲刚度没有大幅变化情况下,抗拉LET柔性铰链的抗拉刚度明显增大,抗拉能力大大提高,表明抗拉LET柔性铰链的结构设计符合预期要求。

摘要：针对参数可测的线性参数时变(LPV)系统,通过综合增益调度控制思想和多步控制集方法,设计鲁棒反馈预测控制器.借鉴增益调度控制扩大设计自由度,改善系统控制性能的优点,设计基于增益调度控制和普通反馈控制律序列的多步混合反馈预测控制策略.在首步椭圆集采用增益调度控制律,有效地利用可测的参数信息提高系统控制性能;在余下的椭圆集系列采用多步控制律,降低在线优化算法的计算量,在控制性能和计算负担之间进行有效平衡.利用该混合反馈预测控制器可以有效地利用当前可测的参数信息,且以较低的在线计算量取得了较优的控制性能.仿真结果验证了该方法的有效性.

摘要：为综合得到一移动三转动(1T3R)完全解耦并联机器人构型,基于G_F集理论提出一种简单而有效的构型综合方法。首先阐述G_F集的基本概念、运算法则,并联机构数综合;其次给出机构输入运动特征选择原则和分支设计准则,确保了并联机构运动解耦性;然后根据该构型综合原理,完成1T3R四自由度完全解耦并联机构型综合具体过程,得到了大量新构型;最后,针对所综合出的一种新型1T3R并联机构,运用螺旋理论求解其机构的自由度,同时求得其雅克比矩阵,验证了该机构的完全解耦性,进一步证明了该构型方法的有效性。

摘要：为综合得到混联机器人构型,基于分形理论提出了一种新的混联机器人机构构型设计方法,其能够有效地解决多路径横向非典型混联机构构型的设计问题.首先,阐述了机构拓扑图和分形理论的概念;其次,建立了运动副及其空间方位关系的二进制码,规定了为求解机构拓扑图的路径法则和用以推导运动副的输出位移子集的串并联计算法则;然后,根据分形理论推导出分形后的机构拓扑图,并适配运动副从而获得混联机器人机构的整体构型;最后,根据该构型设计方法,实现了2T1R三自由度混联机构的构型设计,并对综合后的混联机器人机构进行分析,验证了该构型设计方法的可行性.