基于人工势场法的虚拟夹具建模技术研究

虚拟夹具是在计算机仿真技术、力反馈技术、人工智能等基础上发展起来的一种新兴机器人遥操作辅助技术.基于人工势场法的虚拟夹具建模技术研究对提高机械臂末端抓手自动防撞具有重要意义,特别是在非结构环境和一些工作空间环境难以建模的情况下,应用虚拟夹具法来限制机械臂末端的运动空间,可防止机械臂与周围环境发生碰撞.为此,使用OpenGL与C++相结合的编程方法设计并实现了三角片元法构建虚拟管道的几何模型,采用人工势场法计算实时虚拟力的虚拟夹具建模算法,通过仿真实验验证该算法能有效限制机械臂末端的运动空间及正确计算虚拟力.     

配网带电作业机器人安全遥操作的辅助控制策略

针对配网带电作业遥操作中遥操作人员的不正确操作以及作业空间复杂所导致的潜在安全问题,提出了建立交互式虚拟夹具辅助遥操作的控制策略。该策略在机械臂末端增加了多维力传感器,使得遥操作人员在操作时能获得机械臂和环境接触时的力感觉,便于进行轴孔装配类作业。同时,采用双目立体相机扫描作业场景构成环境三维模型,生成引导机械臂运动的虚拟夹具来产生相应约束力辅助约束/引导遥操作人员完成精细化的作业任务。     

基于虚拟力引导的人机协同目标抓取方法

针对力反馈遥操作中传统人工势场法无法适应于机械臂整体的避障以及在作业过程中操作者难以控制机械臂到达所需位姿的问题,提出了一种基于虚拟力引导的人机协同目标抓取方法。力反馈设备向操作者提供力觉交互。通过结合人工势场法和虚拟夹具,构建管道形虚拟力场,生成实时虚拟力引导,实现协助操作者完成从端机器人的整体避障任务并在完成避障后引导机器人返回预定义路径并趋近目标点。当进行抓取任务时,构建锥形虚拟力场,实现协助操作者操作机械臂到达目标位置和姿态。此外,提出了一种机器人运动限制方法以降低操作者的操作失误对抓取任务的影响。实验证明,该方法能有效提高目标抓取操作的成功率和操作效率。     

虚拟现实辅助的空间遥操作系统设计

虚拟现实技术是解决具有大变时延特点的空间机器人遥操作过程的关键技术之一.针对空间遥操作过程的大变时延、带宽有限、单次操作弧段短、人在回路中易出现时空分离感的特点,利用虚拟视觉和虚拟夹具辅助的虚拟力反馈技术设计并开发了一套空间机器人遥操作系统,避免了传统遥操作作业过程的“运动-等待”现象.重点分析了空间遥操作过程的特点,给出了遥操作系统的运行原理,论述了立体视景的构建过程,提出了虚拟力生成原理和速度型虚拟夹具原理,讨论了系统实现过程中的关键技术,并通过目标停靠试验验证了设计的空间遥操作系统能够准确、快速地完成空间r操作任务.     

基于分布式系统的虚拟力感知与交互技术

针对现有人机交互系统中的力觉交互沉浸感不足的问题,提出了一种基于分布式系统的动态碰撞检测与虚拟力觉交互的控制策略。力觉交互系统采用分布式设计,主要包括:人机交互接口管理、空间位形解算和运动控制与碰撞检测等单元设计。在交互过程中,采用分层方式处理碰撞效果。根据模型所处虚拟空间的相对几何位置与碰撞后的运动状态构建虚拟力觉,并由交互管理单元映射至实体交互设备,实现操作者的力觉感知与交互。采用PHANTOM omni力反馈设备与Visual Studio 2010构建了动态碰撞检测的仿真实验系统,并进行了虚拟力觉交互实验。实验结果表明:操作者通过力反馈设备能够实现力觉感知与交互,有效解决了交互过程中的力觉效果不足的问题。     

交互式乐器演奏的六自由度力觉渲染方法

目的在进行虚拟乐器交互演奏时,需要模拟触力觉-视觉-听觉多通道同步反馈,其中触力觉反馈的难点在于模拟人手操作乐器的六自由度(6-Do F)力觉交互过程。方法提出一种基于混合模型和单边约束优化的六自由度力觉合成方法,实现了虚拟人手和琴弦的多点多区域接触力觉模拟。虚拟人手采用层次化球树模型表达,古琴采用混合模型表达,其中琴体和琴弦分别采用层次化球树模型和直线解析模型。提出了基于混合模型的离散碰撞检测算法,实时检测虚拟手和琴弦是否产生碰撞;基于发生碰撞的几何元素对建立单边不可穿透约束方程,通过Active Set方法求解约束优化后方程,获得6维位姿变量保证图形显示场景中的虚拟手不会和琴弦产生穿透。为模拟琴弦变形,提出变直径的圆柱体模型来模拟琴弦在不同振动幅度下的动力学响应;提出交互状态敏感的力计算模型以刻画人手在弹奏不同状态琴弦(静态、振动态)的力觉感受差异。结果基于力觉交互设备Phantom Premium 3.0建立了实验平台,实验结果表明,本文算法可以模拟单点、多点等不同接触状态,并能模拟6维力和力矩,操作者可以感受到琴弦振动时的细腻力感觉,力觉交互过程稳定,算法计算效率在1 k Hz以上。结论算法可模拟针对琴弦一类的超薄形状物体的多点接触力觉交互过程,算法计算效率高,包含碰撞检测、约束优化、琴弦变形仿真等计算回路的更新频率也能达到要求,该混合模型能为后续复杂形状物体的碰撞响应研究提供思路。     

具有虚拟力觉导引功能的机器人网络遥操作系统

为实现机器人网络遥操作系统中从端机器人和被抓取目标接触前的力觉感知效果,提出了具有虚拟力 觉导引功能的机器人网络遥操作系统控制方法．利用单目视觉技术获得末端执行器相对于被抓取目标的位姿信息, 并将此信息转换为操作者相对敏感的力反馈信息,引导操作者为远端机器人系统提供合适的控制命令,控制机器人 达到期望的位姿．利用手腕相机和人工目标搭建了演示实验系统,并分别进行了机器人位置和姿态遥操作控制实 验．实验结果表明,机器人遥操作系统的可操作性和操作效率有了明显提高．     

虚拟现实辅助机器人遥操作技术研究

本文以水下机器人的遥操作作业为应用背景,提出并实现了虚拟现实技术和视觉感知 信息辅助机器人遥操作实验系统．该系统使用了CAD模型和立体视觉信息完成遥操作机器人 及其作业环境的几何建模和运动学建模,实现了虚拟作业环境的生成和实时动态图形显示． 采用了基于立体视觉的虚拟环境与真实环境的一致性校正、图形图像叠加、作业体与环境位 姿关系建立、基于网络的监控通讯等关键技术．在这个实验系统中,操作人员可利用所生成 的虚拟环境,在多视点、多窗口作业状态图形和图像显示帮助下,实时动态地进行作业观测 与机器人遥操作与运动规划,为先进遥操作机器人系统的实现提供了经验和关键技术．     

基于领域知识的3维动态场景目标识别和配准

为了增强遥操作系统的临场感,使操作者更好地融入远程工作环境,提出了基于领域知识的3维动态场景目标识别和配准算法.首先,通过离线解析和切分虚拟样机CAD(计算机辅助设计)模型构建包含多视角点云特征和装配约束的领域知识库.其次,通过动态采集场景点云并计算CVFH(clustered viewpoint feature histogram)和FPFH(fast point feature histogram)特征,利用领域知识库中多视角点云特征和点云CVFH特征进行比对实现目标识别,并由FPFH特征经过两步配准实现目标姿态确定.最后,利用装配约束知识库实现以遥操作机器人工作状态变化为驱动的指导信息的精确配准和实时推送.实验结果表明,该系统不但可以有效地指导远程机器人完成维修操作,还可以提高遥操作的精度和效率.     

力反馈柔性虚拟夹具辅助遥操作

针对未知环境遥操作的操作安全性与操作性能之间相互矛盾的问题,提出并实现一种力反馈柔性虚拟夹具方法.该方法通过引入柔性系数调节机器人倾向于期望运动方向的程度,将离线任务规划与操作者手动控制的优势相结合,在获得一定的操作性能的同时,具有避开离线任务规划路径中障碍的能力,保证了遥操作的安全性.在此基础上,将虚拟力反馈方法融合...     

Call for Papers The 6^th International Conference on Grid and Cooperative Computing

Recent years have seen rapid advances in various grid-related technologies, middleware, and applications. The GCC conference has become one of the largest scientific events worldwide in grid and cooperative computing. The 6th international conference on grid and cooperative computing (GCC2007) Sponsored by China Computer Federation (CCF),Institute of Computing Technology, Chinese Academy of Sciences (ICT) and Xinjiang University ,and in Cooperation with IEEE Computer Soceity ,is to be held from August 16 to 18, 2007 in Urumchi, Xinjiang, China.     

法律信息库系统

本文分析了法律数据库的结构和特点，介绍了采用面向对象设计方法和超文本数据库技术开发和实现法律信息库系统将作为重要网络资源之一为不同用户进行法律咨询服务。     

International Journal of Automation and Computing Table of Contents

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Information for authors

正SCIENCE CHINA Information Sciences(Sci China Inf Sci),cosponsored by the Chinese Academy of Sciences and the National Natural Science Foundation of China,and published by Science China Press,is committed to publishing highquality,original results of both basic and applied research in all areas of information sciences,including computer science and technology;systems science,control science and engineering(published in Issues with odd numbers);information and communication engineering;electronic science and technology(published in Issues with even numbers).Sci China Inf Sci is published monthly in both print and electronic forms.It is indexed by Academic OneFile,Astrophysics Data System(ADS),CSA,Cabells,Current Contents/Engineering,Computing and Technology,DBLP,Digital Mathematics Registry,Earthquake Engineering Abstracts,Engineering Index,Engineered Materials Abstracts,Gale,Google,INSPEC,Journal Citation Reports/Science Edition,Mathematical Reviews,OCLC,ProQuest,SCOPUS,Science Citation Index Expanded,Summon by Serial Solutions,VINITI,Zentralblatt MATH.     

Erratum to: Fast global kernel fuzzy c-means clustering algorithm for consonant/vowel segmentation of speech signal

正Erratum to:J Zhejiang Univ-Sci C(ComputElectron)2014 15(7):551-563doi:10.1631/jzus.C1300320The original version of this article unfortunately contained mistakes.Algorithm 6 should be as follows:Algorithm 6 FGKFCM-F clustering Input:(1)X={x_1,x_2,…,x_N},,x_iR~d,i=1,2,…,N,the dataset;(2)C,1C≤N,the number of clusters;(3)ε0,the stopping criterion;     

Journal of Zhejiang University-SCIENCE C (Computers & Electronics) Total contents

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磨机负荷专家控制系统设计及仿真研究

磨矿过程的大滞后和时变性等特点,致使对磨机负荷的最佳工作点很难进行稳定、高效的控制,针对以上情况,借鉴生物界的免疫反馈原理和遗传算法,利用模糊控制可以有效地实现对非线性、纯滞后、复杂的对象进行控制的优点,并结合PID与自寻优方法,设计出磨机负荷专家控制系统,用VB编写OPC客户端及控制程序,实现对磨机负荷的动态优化控制;试验结果表明,文章提出的控制策略能够增强系统的稳定性,且在干扰存在的情况下也能很好的跟随系统的参数变化,在提高磨机台时产量的同时增加了矿厂的经济效益.     

基于人工蜂群的无线传感器网络能耗均衡算法

由于无线传感器网络中的节点链路状况、数据传输能耗及节点剩余能量的限制,造成网络中部分感知节点寿命缩短,影响网络生存周期,提出了一种基于人工蜂群算法的WSNs能耗均衡算法,优化网络能耗均衡,从而提高网络寿命;文章给出了网络能耗相应的数学模型及优化求解算法,介绍人工蜂群算法的寻找食物过程,阐述了人工蜂群算法在网络能耗均衡方面的实现步骤;通过实验仿真证明,文章提到的算法与LEACH分簇算法、蚁群优化算法相比,具有更好的能耗和负载均衡能量、丢包率和时延性,有效地提高了网络生存周期.     

Thermodynamic modeling of the Al–Bi,Al–Sb,Mg–Al–Bi and Mg–Al–Sb systems

All available thermodynamic and phase diagram data of the binary Al–Bi and Al–Sb systems and ternary Mg–Al–Bi and Mg–Al–Sb systems were critically evaluated, and all reliable data were used simultaneously to obtain the best set of the model parameters for each ternary system. The Modified Quasichemical Model used for the liquid solution shows a high predictive capacity for the ternary systems. The ternary liquid miscibility gaps in the Mg–Al–Bi and Mg–Al–Sb systems resulting from the ordering behaviour of the liquid solutions can be well reproduced with one additional ternary parameter. Using the optimized model parameters, the experimentally unexplored portions of the Mg–Al–Bi and Mg–Al–Sb ternary phase diagrams were more reasonably predicted. All calculations were performed using the FactSage thermochemical software package.