仿人7自由度机械臂位置层面轨迹规划研究

仿人7自由度机械臂作为一种特殊结构的冗余自由度机器人,具有更好的运动学性能.为了简化仿人机械臂轨迹规划的计算量,从仿人机械臂的逆运动算法入手,讨论了位置层面的仿人机械臂逆运动计算方法,并在轨迹规划中采用定时插补和定距插补的方法,通过位置层面逆解中加入机器人运动的速度和加速度等信息,实现了在位置层面上对仿人7自由度机器人关节空间的全方位运动规划.     

基于人体动作姿态识别的机器人仿人运动*

以关节式机器人为对象,进行机器人仿人运动研究。从人体动作姿态识别、人-机动作映射、机器人运动控制等方面,详细阐述机器人仿人运动算法。提出人体动作姿态识别方法,利用Kinect传感器捕获人体运作的关节点位置信息,在建立人体基准坐标系的基础上,为了得到描述肩、肘运动的动作信息,计算人体手臂动作的关节角度,实现人体动作姿态的识别。在分析人体肩、肘等关节和机器人机构差异性的基础上,建立人体手臂与四自由度机械手臂的人-机动作映射规则。针对机器人自由度较少,无法完全复现人体运动的情形,分析、比较不同控制策略的优缺点和适用性,寻求适合机器人操作的复现控制策略。关节式机器人接收运动控制指令,执行相应的关节运动,从而实现机器人仿人运动。相关试验验证了人体动作姿态识别和机器人仿人运动控制算法的有效性。研究成果对于提高机器人控制和操作的简单易用性、提高人机交互能力具有借鉴意义,对于扩展机器人应用领域具有实践意义。     

七自由度双作业臂无碰轨迹规划

仿人型手臂的主要特点是运动灵活，能购实现握手等动作。本文主要针对自行设计的服务机器人七自由度仿人型作业臂给出了基于连杆假设的手臂部件间距离计算方法。利用改进的人工势场法实现了的双作业臂间的无碰轨迹规划，并在此基础上实现双臂协调控制。     

仿人机械臂构型综合与臂姿规划

仿人机械臂是当今机器人研究的前沿课题。随着社会需求与科学技术的发展，特别是服务型人形机器人的商品化与市场化，仿人机械臂的拟人特性成了机器人研究的新要求。仿人机械臂的拟人特性主要包含两方面：结构拟人化和运动拟人化。结构拟人化使机械臂外观与结构更接近人臂，而当机械臂看起来与人自身形状—样时，它就很容易引起人类操作者的“共鸣”，从而增强其心理舒适度。运动拟人化使机械臂如同人臂—样工作，人类作为自然进化的高等生物，其运动机理必然有着独特的优越性，以人臂的运动机理控制机械臂的运动必然将提高其效率。     

基于生物力学特性仿人机器人的研究

本文在介绍国内外仿人形机器人研究现状的基础上,基于人体舒适与疲劳的生物力学机理,分析了生物力学指标(肌肉硬度,肌电信号,血流特性)与人体各关节运动转角和人机接触面体压分布的关系,提出了人体潜意识动作姿态舒适度指标和人机接触界面舒适度指标,并依据这些指标对机器人的人体潜意识动作姿态的生成方法,路径规划方法以及本体构建中的运动机构设计与控制系统设计展开了讨论,对于国内基于生物力学特性的仿人机器人的研究具有推动作用.     

基于动作基元的人臂达点运动模式

为揭示人臂达点运动中人臂末端位置、姿态和自摆角的运动协调关系，实现机器人的深度仿人运动规划，对人臂达点运动的运动模式进行了研究。将人臂动作基元的排列与组合方式定义为人臂达点运动的运动模式，进行了3240次人臂达点运动实验数据采集与处理，分析了达点运动阶段和达点区域对运动模式的影响；提出了基于基元类型、次序变化、运动模式频率以及基元连接方式频率约束的运动模式相似度指标——复合约束相似度，并以此优选出了人臂达点运动的最优运动模式；基于这一运动模式，利用7自由度拟人机械臂复现了人臂的达点运动。     

基于动作捕捉技术对仿人机器人运动学分析与步态仿真

以人类的构造为原型,基于仿生学的角度,设计了一种下肢单腿7自由度的仿人机器人.通过三维光学动作捕捉系统采集人体正常行走时的运动位置坐标,分析数据,获取人体步态行走时的关节角度及下肢各关节力矩变化规律;建立了下肢7自由度运动学模型并进行逆运动学分析,求解出下肢各关节角度的变化情况,并根据步态规划求解出仿人机器人步行运动过程中下肢各关节转动角度;在UG环境中建立下肢7自由度的仿人机器人三维模型,并利用多体动力学软件Adams进行动力学仿真,结合步态运动规划求解出的角度变化情况对仿真参数进行设置,通过虚拟样机完成仿人机器人的步态行走,并将仿真数据和动作捕捉实验获取的数据结果进行对比.研究结果显示,仿人机器人能够实现稳定的步态行走,确认了整体建模思路、运动学分析以及动力学仿真的准确性.以实验结果为基准,仿真所获得的髋关节和膝关节力矩值相对于实验值的相对误差分别为6.7％和9.6％,均在合理的范围内,为仿人机器人结构设计和电机选型提供了依据.     

基于人体工程学的仿人机械臂构型分析

仿人机械臂是机器人领域研究的重要课题,随着社会科技的不断发展,有关人员进一步加强了对仿人机械臂的研究。本文以人体工程学为仿人机械臂基本构造研究的基础,结合人体上肢运动原理,对仿人机械臂的构型进行分析,旨在为有关人员对仿人机械臂的研究设计提供更多的支持。     

仿人机器人抬起重物的运动学仿真

以仿人机器人运动学为基础,运用Danevit-Hartebeng方法,建立了仿人机器人的运动坐标系。将仿人机器人抬起重物的运动分解为下肢运动和上肢运动。基于人体抬起重物的实际动作姿态,运用MATLAB Robotics Toolbox建立仿人机器人的运动学仿真模型,并对机器人各关节角度进行轨迹规划。最后建立仿人机器人的三维模型,并运用虚拟样机软件ADAMS对轨迹规划结果进行仿真。结果表明,对仿人机器人搬运重物的运动轨迹规划是可行的和精确的,为仿人机器人搬运重物的后续研究提供了参考。     

一种气动人工肌肉驱动的七自由度仿人手臂的设计

气动人工肌肉驱动器作为一种新型的机器人驱动器,以其简单的设计和独特的仿生性一直受到人们的关注。该文设计了一种采用气动人工肌肉作为驱动器的七自由度的仿人手臂,并且通过实验,说明仿人机械手臂能够较好的实现7个自由度的运动。     

基于人机工程学的虚拟机械手臂运动控制方法

考虑到机械手臂在运动时会受到关节阻尼的作用,使手臂控制的全局稳定性降低的问题,提出一种基于人机工程学的虚拟机械手臂运动控制方法.首先,利用人机工程学构建人体模型架构,将其分为架构层、形态层与尺寸层,并以参数化形式描述表示;然后,通过解析人体模型获取各个关节的连接作用与功能,并计算虚拟机械手臂的运动坐标和运动矢量;再根据雅克比矩阵计算得到机械手臂末端的运动速度;最后,通过构建模糊逻辑系统得到控制模糊隶属度函数,并拟定为输入量输入至运动控制器内,完成对机械手臂的运动控制.     

Vision guided dual arms robotic system with DSP and FPGA integrated system structure

Usually, a humanoid robot has two arms and stereo vision system to execute human daily actions. It has complicate mechanism and mechatronics control system structure. The hardware control structure should be planned ingeniously to execute the complicate computation of 3D image processing and manipulate a multi degree of freedom dual arms motion control, especially for mobile robot system. Here a 7 DOF dual arms robot with FPGA hardware control structure and a digital signal processor (DSP) based CMOS stereo vision system are designed and built in our lab. The intelligent fuzzy sliding mode control strategy is employed to establish the visual guided robotic motion control software. This low cost humanoid robotic system has compact control structure and mechanism integration for mobile application purpose. Object detecting and tracking schemes in 3D space were developed for locating the target position and then guided the robot arm to pick and place objects or track the specified moving target. Experimental results show that this delicate robotic system has basic humanoid function.     

类人机器人复杂运动的状态转换规划方法研究

提出一种针对类人机器人复杂运动的状态转换规划方法。该方法采用状态空间描述机器人的动作序列，以ZMP稳定判据对运动中的状态节点进行稳定性分析，采用多项式插值的方法实现状态之间的转换，对不满足稳定性要求的插值轨迹采取增加状态节点重新修正的方法，从而完成类人机器人的运动规划。机器人的起立过程的仿真结果表明，该方法简单可行、有效。     

A feasibility study on a robotic exercise system for mdof physical rehabilitation therapy

This paper presents a robot system developed for medical purpose. A 6-degree-of-freedom robot was introduced for physical exercise and rehabilitation. This system was proposed for stroke patients or patients who cannot use one of their arms or legs. The robot system exercises the hemiplegic part based on the motion of normal part of a patient. Kinematic studies on the human body and robot were applied to develop the robotic rehabilitation exercise system. A clamp which acts as an end effector of the robot to hold a patient was designed and applied to the robot to guarantee the safety of patients. The proposed robotic rehabilitation system was verified by simulations and experiments on arm (elbow and shoulder) motion. Patients are expected to be able to exercise various motions by themselves with the proposed robotic rehabilitation system.     

仿人按摩机器人手臂结构设计及改进

仿人按摩机器人手臂是以传统中医按摩理论为基础,结合机器人定位精度高,按摩力量精确可控,动作可准确重复,不会产生疲劳等特点,构建了中医按摩机器人平台。机器人手臂是仿人按摩机器人的关键,在深入研究按摩机器人手臂的工作机理基础上,充分考虑手臂的材料、结构和刚度以及手臂反应的灵活性、稳定性、安全性、拟人化等要求,对大臂、肩关节、肘关节、小臂、手腕等关键环节进行了设计及改进。经过性能对比分析,设计的仿人按摩机器人手臂达到设计要求。     

仿人机器人SJTU-HR1及其运动分析

SJTU-HR1是由并联关节的组成的34个自由度新型仿人形机器人,根据人体生理结构设计了其各个关节。把各个并联机构关节作为一个模块,定义了关节的输出角度和输入角度,建立仿人形机器人整体坐标系,建立手臂和腿末端的位置正反解模型。为仿人机器人运动规划,动作设计以及控制系统建立奠定基础。     

面向操作可靠性提升的复合工业机器人运动规划

复合工业机器人的应用能够有效提升智能制造车间生产效率.而在其运动规划问题中,基于移动平台调整的机械臂初始站姿直接决定了目标任务是否能够可靠执行.为解决以上问题,提出一种考虑机械臂初始站姿的运动规划优化方法.基于前期基础,采用旋量描述和切片表征方法分别解决了复合工业机器人运动学建模和最小避障距离建模问题,为进行轨迹优化提...     

7自由度拟人臂仿人运动的逆运动学解析解

为了求解末端位姿已知时拟人臂的仿人臂姿,以人臂运动特性为依据,针对7自由度拟人臂提出了一种新的逆运动学求解方法。该方法将人臂的末端运动转化为腕部的达点运动,利用肘部的自运动理论解耦了人臂的冗余度,并结合最小势能指标确定了自运动角。在利用末端位姿确定腕部位置的基础上,依据自运动角求解肘部位置,进而推导出拟人臂仿人运动的逆运动学解析表达式。试验和仿真结果证明了该方法解的仿人性和连续性。最后,从拟人臂的运动灵活性的角度分析了方法的失稳现象,结果表明自运动角发生突变时拟人臂奇异。该方法属于解析方法,有利于对拟人臂进行实时的仿人运动控制。