为实现5自由度平面构型的双手爪爬杆机器人Climbot对目标杆件的自主抓夹，提出一种基于2D激光扫描测距仪的杆件位姿检测和自主抓夹方法。首先根据Climbot的平面构型，给出了机器人在两圆杆间过渡时的特殊位姿约束条件。再摆动夹持器使得安装在上面的激光传感器可以用扫描的方式获取目标杆件上若干中心点位置，并将其拟合出杆件的空间直线方程，即杆件位姿。并基于直线方程，规划出了满足过渡约束条件的自主抓夹运动，最后通过实验分析了杆件中心点位置的检测误差，以及所求杆件位姿相对于实际杆件和Climbot夹持器坐标系的角度误差。相对于杆件尺寸以及夹持器张合度，上述误差均可接受。本文方法能够准确地检测目标杆件的位置信息，并给出合理的抓夹运动规划。

关键词：爬杆机器人；杆件位姿检测；自主抓夹；2D激光扫描测距仪

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针对液压驱动六足机器人三节段步行腿，建立了运动学模型,规划了足端运动轨迹，分析了腿长比例对步行速度、关节速度和加速度、足端工作空间及机体灵活度的影响。发现基节比例在0~0.1之间、大腿比例在0.4~0.5之间时，各项指标处于合理范围。根据0.09:0.455:0.455的腿长比例建立了腿部实物模型,搭建了腿部性能测试系统。试验结果表明，关节运动过程中未到达液压缸极限位置且无死点；关节最大速度与加速度满足性能需求;各关节最大速度复现偏差小于0.2?/s，最大加速度复现偏差小于0.7?/s2。验证了腿部节段长度分析结果的合理性与可行性。

关键词：六足机器人；腿长比例；步行速度；关节转速；灵活性

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传统以刚体动力学为基础的四足机器人运动控制方法对地形误差敏感，无法适应粗糙复杂地形，因此提出一种基于虚拟模型的运动控制方法用于实现四足机器人在粗糙地形下的行走。建立了以足底接触力为约束的高层步行任务和底层运动控制的映射关系。采用弹簧-阻尼-质量虚拟模型对四足机器人进行建模，将四足机器人的步行任务用一系列作用于机体质心的虚拟力去表征，基于各足等效力矩平衡的原则，将笛卡儿空间的虚拟力矢量分配到各支撑足，利用雅可比矩阵把足端力矢量转换为机器人关节空间的关节转矩。针对崎岖的空间3维粗糙地形，建立了机器人躯干姿态与地形的关联参数，通过调整躯干姿态有效扩大了机器人对粗糙地形的适应程度。运动仿真结果表明，机器人可以实现粗糙地形下稳定连续的行走，足底接触力平稳、无冲击，证明了该柔顺步态生成方法的合理性和有效性。

关键词：四足机器人；运动控制；柔顺步态；虚拟模型；粗糙地形

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针对不确定环境下机器人行为控制的维数灾难和感知混淆问题引入神经元激励机制，提出一种情景记忆驱动的马尔可夫决策过程(EM-MDP)以实现机器人对环境经验自主学习，及多源不确定性条件下的行为控制。首先，构建情景记忆模型，并基于认知神经科学提出事件中状态神经元激活及组织机制。其次，基于自适应共振理论(ART)与稀疏分布记忆(SDM)通过Hebbian规则实现情景记忆的自主学习，采用神经元突触势能建立机器人行为控制策略，机器人能够评估过去的事件序列，预测当前状态并规划期望的行为。最后，实验结果验证，该模型框架与控制策略能够实现机器人在普遍场景中的行为控制目标。

关键词：移动机器人；情景记忆；神经元激励；行为控制

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针对伺服电动机、谐波齿轮减速器、柔性臂及压电致动器组成的智能柔性机械臂系统，基于假设模态法和Hamilton原理建立系统动力学方程。为了实现系统较高精度的位置控制，同时快速抑制柔性臂的弹性振动，提出了对伺服电动机采用PD(proportional derivative)控制、对压电致动器采用模糊(fuzzy)控制的复合控制策略。在数值仿真分析的基础上，搭建了智能柔性机械臂系统测控平台。数值仿真和实验结果表明所提出的控制策略是可行的：PD控制算法控制伺服电动机以较高的位置精度完成了系统运动控制，模糊控制算法控制压电致动器较快地抑制了柔性臂的弹性振动。实验中柔性臂的振动衰减时间由6.5s缩短为3.5s，提高了柔性臂末端的定位控制精度，改善了系统的操作效率。

关键词：智能柔性机械臂；振动主动控制；模糊控制；压电致动器

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为了提高轻型机械臂的末端感知及操作能力，研制了一种用于轻型机械臂末端感知的近距离大测量范围的高集成化微小型激光测距传感器。基于三角法测距原理，以线阵CCD作为光敏感元件，以FPGA作为主控器，根据传感器分辨率的分布要求设计光学系统，使传感器具有测距范围大、测量最近距离近和测量速度快的显著优点。传感器利用光机电一体化设计思想，采用柔性PCB折叠电路、微小型光学元件和机械封装，实现了高集成化微型化设计。所研制的激光测距传感器测距范围为25mm~350mm，体积47mm×50mm×15mm，质量70 g，测量时间1 ms。实验结果表明，该测距传感器易于集成于机械臂控制系统，适用于末端感知，能够有效提高轻型机械臂末端定位精度。

关键词：机械臂；末端感知；激光测距传感器；激光三角法

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为实现胸鳍摆动推进模式鱼类的游动，模仿牛鼻鲼构建了仿生鱼。首先,基于摆动胸鳍的生物学特征和运动规律，提出了具有主/被动复合柔性变形能力的仿生胸鳍原理模型。然后通过ADAMS运动学仿真验证了设计方案的可行性，并构建仿生样机。自由游动实验表明，仿生鱼游速可达0.46m/s，约1倍身长比，且具有原地转弯能力，最大转弯速度达60?/s。与国内外其他同类机器鱼相比，在游速和机动性方面均表现出明显的优势。基于准稳态叶素理论，提出了仿生胸鳍水动力简化计算模型。构建水动力实验平台，验证了计算模型的有效性，并通过一系列水动力实验研究了仿生胸鳍的水动力特性。实验结果表明，仿生胸鳍能够产生周期性变化的推、升力，且变化趋势与胸鳍运动控制参数密切相关。

关键词：摆动胸鳍；复合柔性；仿生鱼；水动力实验

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针对基于图论的同时定位与制图中，非线性约束方程组维数随机器人运行距离和时间的增加而不断增大的问题，提出一种基于信息增益的图精简算法。该算法通过评估精简前后特征点信息矩阵相对变化，删除观测信息量小于给定阈值的机器人位姿及相应的观测，达到显著简化优化问题的目的。根据测量球形协方差矩阵假设，给出了信息增益的精确和近似计算方法。通过恢复性图剪枝方法，确保图精简过程中的连通性。蒙特卡洛仿真和开源实验数据计算结果表明，在不引入明显的优化误差前提下，该方法可实现位姿和特征点90%的精简，显著提高图优化效率。

关键词：同时定位与制图；信息增益；图优化；图精简

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This planet has been endowed with a host of natural mechanisms to keep the environment and climate in balance. Humans are now facing the need to restore this balance that has been upset in the past years because of a growing population and resource demands. To steer dependency away from freshwater crops and decrease environmental damage from humanity s fuel and energy demands, it is necessary to take advantage of the natural adaptive biomass resources that are already in place. Using methods of "Green Planet Architecture," based on compilations of current research and procedures, could lead to new forms of energy and fueling as well as new sources for food and feed. Green Planet Architecture involves climatic adaptive biomass; geospatial intelligence; agri- and aqua-culture life cycles; and soil, wetland, and shoreline restoration. Plants such as Salicornia, seashore mallow, castor, mangroves, and perhaps Moringa can be modified (naturally, model-assisted, or genetically) to thrive in salt water and brackish water or otherwise not arable conditions, making them potentially new crops that will not displace traditional farming. These fueling sources also have potential to be used in other rapid-growth industries, such as the aviation industry, that have incentive to move towards more sustainable fuel supplies. This report highlights an example of how synergistic development of biomass resources and geospatial intelligence high-performance computing capabilities can be focused to resolve potential drought-famine problems. These techniques provide a basis for future e-science-based discovery (and access) through technology that can be expanded to support global societal applications.

关键词：生物质,地球资源;生态系统;农作物;智能;加油;可再生能源,水资源

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基于复杂刚性结构的传统机器人在狭小多变的空间中活动时,易对机器人本体产生较大磨损与消耗.针对此类问题,本文提出一种新型气动静压软体机器人,降低了机器人通过狭小空间时的阻力,减少运动损耗.在研究海参静水骨骼结构基础上,设计了软体机器人气囊相变结构,分析了气囊充放气的流体静压力学特性,建立驱动力产生的数学模型,从而设计出单单元与双单元控制策略,并利用时间戳BP(反向传播)神经网络对系统的延时时间进行预测,增强内模反馈系统的稳定性.在越障实验与稳定性分析中,加入延时预测后,机器人能在单单元与双单元控制模式下稳定行进,并顺利越过小沟壑,顺利完成六单元翻转的概率从89%提高到96%. 

关键词：软体机器人；流体静压特性；控制策略；延时预测

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