基于多传感器的机器人遥操作人机交互系统

为了增强机器人人机交互系统的自然性,提出了基于多种传感器的非接触式人机交互系统设计方案,系统通过检测操作者手部动作和手部位置姿态的变化实现机器人的遥操作。研制了肌电传感器,获取手臂上一对拮抗肌上的表面肌电信号,并以此来判断机器人操作者的部分手部动作;利用Kinect体感设备和惯性测量单元获取手臂三维位置和姿态角信息。通过网络将人手的动作及位置姿态发送至机器人控制系统,以完成对机器人的控制。系统综合多种传感器的优点,极大减小了传统接触式交互方式对操作者运动范围的限制,实现了自然交互,实验表明了其有效性。     

一种用于高尔夫赛的NAO机器人比赛系统设计

基于NAO机器人平台设计了一种机器人高尔夫球比赛系统,并设计制作了用于比赛的附加硬件结构,提出并实验了一种基于高尔夫比赛规则的机器人比赛系统,控制NAO机器人通过单目视觉识别周围环境和目标物,并通过运动控制设计机器人击球、行走等动作使机器人完成整个比赛流程.实验证明该系统可行,并获得江苏省第一届机器人高尔夫赛省一等奖.     

一种三维力反馈训练仿真控制系统设计

针对空间站舱外任务需要研究人员通过遥操作控制平台对空间站机械臂遥操作来完成,而空间站机械臂研制成本高,无法实现现场调试,直接投入使用风险性高,系统安全性与可靠性无法保障的缺陷与不足,设计了一种面向空间站机械臂的遥操作力反馈训练的仿真控制系统.重点阐述了该系统的工作原理以及系统硬件和软件设计思路.该系统的力反馈手柄具有3个自由度,充分模拟操作空间;力反馈手柄末端位置信息和力反馈信息,由微控制器STM32系列单片机与PC实现数据传输.实验结果验证了该系统面向空间站虚拟机械臂的力反馈控制仿真功能、系统硬件和软件的可靠性,为空间站机械臂的虚拟仿真提供了一种可行方案.     

基于有/无源混合执行器的力觉交互装置

针对虚拟现实系统中由有源或无源执行器单独驱动的力觉交互装置存在体积大、安全稳定性差和无法主动给操作者施加力等问题,提出了一种由有/无源混合执行器共同驱动的力觉交互装置.在分析无源流变电机结构、实现原理和性能的基础上,研究了基于无源流变电机/有源电机力觉交互装置的设计方法,其结构特点是输出力在有源电机和无源流变电机的共同驱动下产生.提出了基于混合执行器的力觉交互装置控制方法,构建了力觉交互平台并进行了实验研究.实验结果表明,基于有/无源混合执行器的力觉交互装置,不仅克服了基于有源或无源执行器力觉交互装置的缺点,还具有高保真性和输出力可控制范围大等优点.     

基于多代理系统的远程实验室研究与开发*

在分析远程实验室研究现状的基础上,详细分析了远程实验室在远程实验、实验室管理和维护、网络和设备安全等方面的功能需求,提出了一个基于多代理机制的远程实验室体系结构(ARLMAS),简要介绍了一个采用ARLMAS的远程过程控制实验室的实例。实验测试结果表明远程过程实验室满足远程过程实验的需要,ARLMAS具有很好的适应性和扩展性。     

腹腔镜手术中软组织按压仿真

精确可靠的软组织变形模型对虚拟手术至关重要,针对现有模型的不足,提出了一种等节距圆锥形螺旋弹簧模型,模拟对腹腔镜手术中软组织的按压。该模型吸收了弹簧-质点模型计算快速的优点,通过变形截止层控制变形范围,提升模型的稳定性和精确度。为验证模型各方面性能,首先分别与有限元模型和真实软组织对比变形效果,然后记录力反馈输出与变形响应时间并与弹簧-质点模型比较,最后邀请受试者评分。实验结果表明,模型变形精度高,变形与力反馈输出响应时间均在20ms以下,且普遍低于弹簧-质点模型响应时间。在评分实验中本模型所模拟的3种软组织各指标均分分别为9.2、9.0和9.0,普遍高于其他模型均分。     

基于多代理系统的侦察机器人监控系统研制

针对半自主侦察机器人监控系统应该具有分布的智能、局部的自主能力和开放的系统构架的要求，建立了基于多代理机制的监控系统。系统主要分成感知代理、车体驱动代理、事务执行代理、操作员接口代理、数据管理代理等部分，这些代理又可以是由若干个代理协同工作的组合代理，代理之间采用控制驱动的协调方法。然后，分别介绍了感知代理、事务执行代理、人一机器人接口代理中主要代理的功能和实现方法。实验测试表明，系统满足侦察机器人的监控要求，具有很好的灵活性和扩展性。     

力-位置型力觉临场感机器人变增益控制及其稳定性研究

对于力觉临场感机器人系统,在保证系统稳定性的基础上,提高操作透明性是其完成精细任务的关键。本文通过对力-位置型力觉临场感遥操作场机器人系统控制结构的分析,提出了一种变增益力-位置型控制结构,通过改变从端的位置控制增益,提高了遥操作系统的可操作性。同时通过建立系统的动力学方程,利用李亚普诺夫函数分析了系统在约束运动下的稳定性。实验结果表明,这种控制结构在保证系统稳定的基础上实现了良好的控制透明性。     

基于阻抗辨识和混杂控制的机器人辅助抗阻训练方法

现有机器人辅助抗阻训练方法大多是运用易受噪声干扰的患肢主动作用力或表面肌电信号直接进行治疗控制器设计,且在设计过程中未能同时将机器人连续变量运动控制与医师离散事件决策控制这种混杂特性融于统一框架内,具有一定的局限。针对上述问题,提出一种基于阻抗辨识和混杂控制的机器人辅助抗阻训练方法,该方法首先根据患肢主动作用力和实际运动位置在线辨识患肢时变生物阻抗;其次,运用混杂控制理论建立机器人辅助抗阻过程系统模型,根据患肢生物阻抗变化分别定义连续系统区域切换离散事件及离散系统控制状态,并基于混杂自动机设计离散事件决策控制器;最后,选用美国Barrett公司WAMTM柔顺机械臂构建康复试验系统,对所设计控制器进行有效性验证。试验结果验证了阻抗辨识和混杂控制理论应用于机器人辅助抗阻训练过程的有效性和实用性。     

基于虚拟现实的机器人遥操作关键技术研究

机器人遥操作是实现空间、医疗及深海等领域作业的重要手段,基于虚拟现实的机器人遥操作是克服时延的有效方法,具有透明性强、稳定性高的优点,成为当前机器人遥操作的主要方式。首先分析了基于虚拟现实的机器人遥操作系统的关键组成部分,并对其关键模块的具体作用进行了介绍;其次,归纳分析了各类虚拟现实环境建模方法,主要从几何建模和动力学建模方面展开,阐述了每种方法的应用领域、主要特点;此外,进一步分析了遥操作虚拟夹具设计的构建方法及适用领域。最后对当前存在的难点进行总结,指出今后研究的思路。