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基于偏振光传感器的移动机器人导航实验 被引量：37
1
作者 褚金奎 陈文静 +1 位作者 王洪青 戎成功 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第10期2419-2426,共8页
根据沙蚁Cataglyphis的导航机理研制了一种检测天空偏振光的导航传感器。为测试传感器室外导航性能,设计了采用传感器输出的航向角控制移动机器人按特定轨迹运动的实验。首先,介绍传感器的结构原理及功能模型,为提高传感器精度,在室内... 根据沙蚁Cataglyphis的导航机理研制了一种检测天空偏振光的导航传感器。为测试传感器室外导航性能,设计了采用传感器输出的航向角控制移动机器人按特定轨迹运动的实验。首先,介绍传感器的结构原理及功能模型,为提高传感器精度,在室内用光学积分球模拟天空偏振光源,用精密转台对传感器输出角度进行补偿,补偿后传感器误差在±0.2°以内。然后,简要说明采用的移动机器人平台结构和采用传感器导航的方法。最后,描述导航实验过程,得到了利用光电编码盘输出角度信息与利用偏振光传感器输出航向角两种导航方法的对比实验结果。结果显示,偏振光传感器导航相对于光电编码盘较为精确,二者平均位置误差分别是1.17cm和31.6cm。实验证实偏振光传感器误差不随时间累积,能够自主完成移动机器人导航,可用于移动载体自主导航系统。 展开更多
关键词 仿生机器人 移动机器人 天空偏振光 传感器 导航
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仿生偏振视觉定位定向机理与实验 被引量：14
2
作者 王玉杰 胡小平 +2 位作者 练军想 张礼廉 何晓峰 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第9期2109-2116,共8页
为了有效利用全天域的偏振光信息,探究仿生偏振光导航机理,设计了偏振视觉传感器。介绍了基于四相机的偏振视觉传感器及其标定方法,推导了冗余配置下偏振态的最小二乘估计算法。分析了基于一阶瑞利散射模型的天空光偏振模式,将太阳方向... 为了有效利用全天域的偏振光信息,探究仿生偏振光导航机理,设计了偏振视觉传感器。介绍了基于四相机的偏振视觉传感器及其标定方法,推导了冗余配置下偏振态的最小二乘估计算法。分析了基于一阶瑞利散射模型的天空光偏振模式,将太阳方向矢量的最优估计问题转化为求解矩阵的特征向量问题,推导出了基于天空光偏振模式的定位定向算法。最后,设计了静态实验与转动实验,对理论分析结果进行了验证。实验结果显示:测量的天空光偏振模式与瑞利散射模型相一致,并可从中成功提取太阳方向矢量。静态实验测量的太阳天顶角的最大误差约为0.4°,误差标准差为0.14°;基于1h对天空偏振光的观测数据实现的定位误差为68.6km。转动实验(转动两周)得到的最大定向误差约为0.5°,误差标准差为0.28°。研究结果揭示了生物利用偏振光导航的机理,为仿生偏振光导航的应用提供了理论依据。 展开更多
关键词 偏振视觉传感器 仿生偏振导航 天空偏振模式 定位定向
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基于偏振光的导航技术研究 被引量：9
3
作者 江云秋 高晓颖 蒋彭龙 《现代防御技术》 北大核心 2011年第3期67-70,共4页
利用偏振光进行导航源于对生物的研究,人类在仿生研究基础上开展了基于偏振光的导航技术研究。介绍了偏振光的产生机理、仿生研究成果以及偏振导航传感器和导航技术研究成果,指出利用偏振光组合导航的方式可以大大提高系统性能,具有广... 利用偏振光进行导航源于对生物的研究,人类在仿生研究基础上开展了基于偏振光的导航技术研究。介绍了偏振光的产生机理、仿生研究成果以及偏振导航传感器和导航技术研究成果,指出利用偏振光组合导航的方式可以大大提高系统性能,具有广阔的应用领域。 展开更多
关键词 偏振光 导航 仿生 传感器
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基于MSP430的仿生偏振光导航传感器的设计与实现 被引量：4
4
作者 褚金奎 林林 +1 位作者 陈文静 王寅龙 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2012年第8期107-110,115,共5页
根据沙漠蚂蚁Cataglyphis的导航机理,采用分段导航算法研制了以MSP430为控制核心的偏振光导航传感器。该传感器利用分段算法通过变化明显的两路电压信号计算导航角,分辨率高,采用混合信号处理器降低传感器功耗,无线通信方式增加了信号... 根据沙漠蚂蚁Cataglyphis的导航机理,采用分段导航算法研制了以MSP430为控制核心的偏振光导航传感器。该传感器利用分段算法通过变化明显的两路电压信号计算导航角,分辨率高,采用混合信号处理器降低传感器功耗,无线通信方式增加了信号传输距离和灵活性,方便应用。分析了传感器导航机理和分段导航算法;设计传感器的硬件电路和软件程序,制作传感器样机;为了测试传感器的性能,在标定平台上进行了实验,并处理实验数据,得出传感器原始误差在±0.6°以内,误差补偿后导航精度在±0.2°以内。实验证实:偏振光传感器自主导航,精度高,性能稳定,在导航系统中有广泛的应用前景。 展开更多
关键词 仿生 偏振光 传感器 导航 MSP430
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一种偏振光/双目视觉仿生组合导航方法 被引量：8
5
作者 褚金奎 陈建华 +3 位作者 李金山 佟坤 李晋 胡瀚珮 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期184-193,共10页
针对复杂干扰环境下智能移动机器人自主导航问题,为了实现低成本、高精度、强鲁棒性、完全自主的导航,提出了一种偏振光/双目视觉仿生组合导航方法。首先,设计了图优化紧耦合的组合算法,推导优化函数并将偏振定向传感器/双目视觉传感器... 针对复杂干扰环境下智能移动机器人自主导航问题,为了实现低成本、高精度、强鲁棒性、完全自主的导航,提出了一种偏振光/双目视觉仿生组合导航方法。首先,设计了图优化紧耦合的组合算法,推导优化函数并将偏振定向传感器/双目视觉传感器的数据融合,然后,搭建仿生偏振定向传感器/双目视觉传感器仿生组合导航实验平台,最后,通过室外汽车搭载实验对该仿生组合导航系统的性能进行了测试,并与传统视觉算法进行了比较。结果显示:航向角精度较传统视觉算法提高了38.9%,位置精度提高了8.9%。该组合导航系统可以减小传统视觉算法航向角误差、提高鲁棒性,而且使用仿生偏振定向传感器实时性好、抗干扰能力强,可以满足室外地面载体导航时的精度和可靠性要求,同时该组合导航系统使用两种仿生导航方式,更加接近生物导航机理。 展开更多
关键词 实时定位与地图构建系统 仿生偏振定向传感器 仿生组合导航
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基于偏振光传感器的仿鼠脑导航方法 被引量：1
6
作者 褚金奎 佟坤 +1 位作者 李金山 张志超 《电光与控制》 CSCD 北大核心 2023年第3期96-100,共5页
面对长距离复杂场景下的自主移动机器人导航问题,仿生鼠脑的RatSLAM相较传统SLAM更加高效。但完全依赖视觉信息,导致其精度不高、可靠性不足。通过引入天空偏振光定向,高效地提供精准的绝对航向角,可以弥补RatSLAM的不足。设计并搭建了... 面对长距离复杂场景下的自主移动机器人导航问题,仿生鼠脑的RatSLAM相较传统SLAM更加高效。但完全依赖视觉信息,导致其精度不高、可靠性不足。通过引入天空偏振光定向,高效地提供精准的绝对航向角,可以弥补RatSLAM的不足。设计并搭建了一种偏振光仿鼠脑导航系统及导航实验平台,经过室外道路实验验证了系统的性能,并与RatSLAM进行了比较。实验结果表明,偏振光仿鼠脑导航系统和RatSLAM的平均位置误差分别为3.65 m和26.29 m,平均角度误差分别为0.36°和2.39°。该系统减少了累积误差,实现了高效、强鲁棒性、轻量化的自主导航。 展开更多
关键词 实时定位与地图构建 仿生导航 偏振光传感器 RatSLAM 自主移动机器人
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基于集成光电探测器的仿生偏振光导航传感器 被引量：8
7
作者 王璐 王寅龙 +1 位作者 王志文 褚金奎 《传感器与微系统》 CSCD 2016年第1期91-94,共4页
根据沙漠蚂蚁(Cataglyphis)导航机制设计了一个体积小、集成度高的偏振光导航传感器。传感器采用一个具有多方向偏振检测功能的集成光电探测器采集光信号,减小分立元件带来的安装误差。设计了以MSP430为核心的硬件电路来对电信号进行控... 根据沙漠蚂蚁(Cataglyphis)导航机制设计了一个体积小、集成度高的偏振光导航传感器。传感器采用一个具有多方向偏振检测功能的集成光电探测器采集光信号,减小分立元件带来的安装误差。设计了以MSP430为核心的硬件电路来对电信号进行控制处理,采用分段导航算法计算导航角,提高传感器分辨率;设计了实时信息显示界面,便于实时对传感器进行监测。在室内对传感器进行了性能测试,对实验数据进行处理后得到的导航精度在±0.1°以内。实验证明:该传感器精度较高且性能稳定,有着良好的发展应用前景。 展开更多
关键词 光电探测器 导航 传感器 仿生 偏振光
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仿生POL神经元的偏振光导航传感器研究 被引量：7
8
作者 范宁生 张旭东 +1 位作者 范之国 王昕 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2011年第9期53-56,共4页
概要分析了沙蚁等昆虫视觉系统的偏振敏感机理,设计了一种模仿昆虫视觉系统中偏振敏感(POL)神经元的偏振光导航传感器,阐述了传感器的工作原理和主要功能结构,并给出了传感器的实际检测实验结果。实验结果表明,该传感器实现了类POL神经... 概要分析了沙蚁等昆虫视觉系统的偏振敏感机理,设计了一种模仿昆虫视觉系统中偏振敏感(POL)神经元的偏振光导航传感器,阐述了传感器的工作原理和主要功能结构,并给出了传感器的实际检测实验结果。实验结果表明,该传感器实现了类POL神经元对大气偏振信息的快速感知,能够实时获取偏振化方向,且具有较高的精度,能够满足偏振光导航的实际需求。 展开更多
关键词 导航传感器 仿生 大气偏振模式 POL神经元
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基于仿生平衡棒结构的共振隧穿导航传感器研究 被引量：1
9
作者 沈翔 赵立业 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期82-90,共9页
家蝇等飞行昆虫利用后翅棒状平衡器检测哥氏力,实现了在空中飞行过程中的快速航行控制。本文基于家蝇后翅微球杆结构建立了一种仿生机械平衡器的运动学模型,并采用MATLAB分析了该模型的航行控制原理。结合家蝇的微球杆平衡结构原理和共... 家蝇等飞行昆虫利用后翅棒状平衡器检测哥氏力,实现了在空中飞行过程中的快速航行控制。本文基于家蝇后翅微球杆结构建立了一种仿生机械平衡器的运动学模型,并采用MATLAB分析了该模型的航行控制原理。结合家蝇的微球杆平衡结构原理和共振隧穿薄膜微结构(resonant tunneling membrane structure,RTS)的力电耦合效应,设计了一种新型的高精度仿生微型棒状导航传感器(bionic micro-stick-shaped navigation sensor,BMSSNS),并研究了BMSSNS的加工工艺、信号检测方式与路径解算方法。基于ANSYS对该BMSSNS结构进行仿真分析,仿真结果表明,给定初始边界条件下,通过测量平衡棒的哥氏力信息和驱动力信息,可积分解算出运动路径。进一步的路径实验研究结果表明,该BMSSNS能有效检测传感器的俯仰,翻滚和偏航的姿态和路径信息,其短时水平和垂直路径定位精度分别达1. 5 mm和0. 5 mm。该传感器能够在小空间、高定位精度要求的场所中实现精确路径定位。 展开更多
关键词 家蝇后翅 航行控制 仿生微型棒状导航传感器 共振隧穿薄膜微结构 仿真与实验
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仿生偏振光传感器设计与性能测试 被引量：3
10
作者 吕文红 徐金风 +2 位作者 孔芳 张建华 郭银景 《实验室研究与探索》 CAS 北大核心 2023年第1期1-6,共6页
偏振信息的有效获取是实现偏振光导航的重要前提。仿照沙蚁复眼的偏振敏感视觉神经结构设计了一款三通道式仿生偏振光传感器,该传感器以ARM微处理器为处理核心,每个天空偏振光感知通道包含两个覆盖极化方向垂直偏振片的光电二极管与对... 偏振信息的有效获取是实现偏振光导航的重要前提。仿照沙蚁复眼的偏振敏感视觉神经结构设计了一款三通道式仿生偏振光传感器,该传感器以ARM微处理器为处理核心,每个天空偏振光感知通道包含两个覆盖极化方向垂直偏振片的光电二极管与对数放大器,设计的偏振光传感器具有结构紧凑、实时性好且成本较低的优点,并设计了传感器稳定性与采集精度检测方案。试验结果表明,该传感器检测到的偏振角误差在±3.9°之内,平均误差为1.53°。该仿生偏振光传感器能实现偏振信息的有效检测、实时采集与存储,且具备稳定的采集能力,并在最后分析了传感器的误差产生原因及下一步的改进措施。 展开更多
关键词 仿生导航 偏振信息 偏振光传感器 ARM微处理器
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