摘要：针对多旋翼无人机的非线性模型,提出了一种基于同步理论的自适应参数辨识方法.其主要思想是通过设计一种"从系统",在实现状态与原有非线性系统同步的同时,设计自适应更新律,使得对参数的估计收敛到真值.所提方法能够适用于以非线性形式存在的参数,其渐近稳定性由李雅普诺夫方法和拉塞尔不变性原理予以证明.仿真实例可以验证,合理选择自适应增益,即便真值发生突变,所提方法也能保证估计值快速收敛到最新的真值.

摘要：针对高强度大型复杂曲面零件的高精度搅拌摩擦焊需求,研制开发了一种重载搅拌摩擦焊(friction stir welding,FSW)机器人.为使机器人具有大工作空间与灵巧作业能力,选择串联机构作为机器人构型,并阐述了高精度重载机构的设计与刚度校核方法.推导了腕关节含间隙的动力学模型,提出了双电机消隙控制方法,并对不同负载与偏置电流下的消隙效果进行了仿真分析,结果显示主动消隙方法能有效抑制传动间隙造成的位置波动与误差.为消除z轴在自重与焊接力作用下的挠度变形,提出了一种挠度主动补偿方法,构建了动力学模型与控制策略,仿真结果显示挠度补偿系统能快速有效地抑制挠度造成的轨迹误差.FSW机器人样机焊接实验表明,所提出的机器人在重载作业中能实现高精度的轨迹控制.

摘要：由水空两栖机器人的应用需求出发,从理论计算、仿真以及实验三方面设计了一种涵道风扇推进器.通过理论计算,分析了风扇和电机在2种介质中的工作曲线,提出了风扇推力系数和转矩系数的预估模型.通过选取适当的预估参数,得到了风扇和电机的设计参数.根据理论计算结果,选取了一种较为合适的风扇和电机的组合方式.为了验证理论计算的可靠性,对仅考虑扇叶的理想情况进行了CFD(计算流体动力学)仿真分析.为了研究实际的涵道风扇推进器的工作情况,还对考虑涵道整体表面结构的实际情况进行了CFD仿真分析.最后,对该组合方式的涵道风扇推进器进行了实验,得到了涵道风扇在水下和空气中的实测推力系数分别为1.47×10-4和2.48×10-4,实际情况下仿真结果与其的相对误差分别为10.9%和3.6%,接近于实验本身的不确定度;得到的空气中的推力可达55 N以上,水下推力可达245 N以上,均可以满足2种介质中的使用要求.

摘要：在微纳米尺度上对活细胞高分辨率成像对生命科学研究具有重要的意义,其将有助于再现正在发生的生命过程、检测细胞对外界刺激做出的响应,甚至观测某些蛋白簇在细胞膜表面的运动。然而直到今天,仍然没有很好的实现上述目标。扫描离子电导显微镜(SICM)由于其真正的非接触、高分辨、无损独特成像方式,规避了扫描过程中探针与样品表面发生力的接触,得到越来越多的关注和广泛的应用。从系统的角度阐述自制SICM系统的设计、硬件集成及跳跃模式扫描算法的实现,并通过对聚二甲基硅氧烷(PDMS)栅格成像以及与原子力显微镜(AFM)成像结果的对比,验证了系统功能的正确性和有效性;最后开展了生理环境下活体细胞的原位扫描成像实验,初步获取了活体神经细胞轴突结构的三维形貌图像。SICM的成功搭建,将为人们深入了解生理条件下活体生物样品表面微观结构与功能机理等提供有效的研究方法与手段。

摘要：针对模仿学习中运动的表征和泛化问题,提出了交叉熵优化算法,用于混合模型参数的推断.该算法易于实施、计算效率高.更重要的是,它能够自动确定混合模型中最优成分的个数.为了产生泛化的运动轨迹,提出了交叉熵回归算法.为了进一步提高这种算法对动态环境的适应能力,引入了任务参数化的概念并提出了任务参数交叉熵回归算法.最后设计了一个新颖的锤击任务,验证了所提出的算法在理论上的正确性和优越性.基于机器人物理仿真软件Gazebo的仿真实验表明了算法在实际应用中的可行性.

摘要：提出一种混合模糊P+ID控制算法,并将其应用于采用电控液压绞车的升沉补偿控制系统,使水下机器人在作业时不受母船升沉运动的影响.首先采用数字高通滤波器对惯性测量单元(IMU)获得的数据进行处理,计算出母船升沉运动的位移.然后推导出电控液压绞车系统的数学模型,并设计了基于混合模糊P+ID的升沉补偿控制器,根据母船升沉位移来控制液压绞车转动.最后通过仿真实验和物理平台实验验证证明了基于混合模糊P+ID的升沉补偿系统比常规PID系统有着更好的鲁棒性.

摘要：研究了一种可以对任意形状的目标区域形成覆盖的群机器人自主部署方法.机器人部署过程分为2个阶段:模型生成阶段和机器人部署阶段.在模型生成阶段,首先利用智能优化算法,得到表征机器人最优部署位置的点云.然后将点云映射为图模型.在此基础上,群机器人部署问题被转化为群机器人模式形成问题.设计了一套行为规则,使机器人根据图模型运动,最终形成期望模式.通过仿真实验验证了所研究模式形成方法可以实现涉及约30台机器人的复杂模式,并用实际机器人对本文方法进行了验证.

摘要：针对目前主动式胶囊机器人存在的安全性和有效性问题,提出了一种基于伸缩和平移机构的腿式胶囊机器人.其中,伸缩机构采用微型连杆结构,平移结构采用丝杠-螺母结构.在空间位置、速度和输出力等约束条件下,对这两套驱动机构进行建模和分析,实现尺寸参数和电动机工作参数的优化.经过优化,伸展速度的范围为16.8 mm/s^34.2 mm/s,伸展力的范围为2.45 N^0.44 N,伸展效率的范围为92.8%~34.0%;而平移速度、平移推力和平移效率则基本保持恒定,分别为50 mm/min、4.20 N和50%.胶囊机器人驱动单元的长度和外径分别为33 mm和16 mm.最后,在离体猪结肠内测试该腿式胶囊平移机构机器人的性能,结果表明它可实现有效、安全的伸缩与平移运动,其平均速度可达25 mm/min.

摘要：将椭圆定理应用于履带机器人构型设计,研制了履带连续张紧且履带长度保持不变的履带可变形机器人.该机器人重心位置可以通过摆臂转动进行较大幅度的调节,具有较好的越障性能.为充分了解机器人的越障能力,对机器人跨越台阶和沟壑两种典型障碍的运动过程进行了分析.在机器人跨越障碍运动机理的基础上,对越障过程中的关键状态进行了运动学和动力学分析,根据实际情况,选择几何条件、打滑以及稳定性作为约束条件,得到了机器人能跨越的最大障碍的理论值.最后,建立机器人仿真平台,根据理论计算得到的障碍值,对攀爬台阶和跨越沟壑进行仿真实验,并进一步进行了样机实验,验证了机器人的越障能力.

摘要：旋翼飞行机械臂(rotorcraft aerial manipulator,RAM)系统是安装在飞行机器人上的可操作型机械臂,悬停模式下执行准确的空中操作时旋翼无人机与所加机械臂之间存在相对扰动,通过分离机械臂与飞行机器人进行动力学建模并不能有效消除这种扰动.本文基于对相互扰动力学作用的分析建立整体动力学模型,并在悬停飞行模式下将其简化为线性控制参考模型.进而对旋翼系统控制延时所引起的动力学扰动进行补偿,同时设计预测控制器来消除末端执行器的位置和姿态误差.最后,在存在内部和外部扰动的情况下,设定销钉插入操作任务进行控制方法的对比仿真.末端执行器位姿偏差的仿真结果表明了模型结构与控制方法的有效性.