基于柔性静电吸附技术的爬壁机器人研究

针对灾后搜救及反恐侦查的特殊应用场合,提出了一种新型的爬壁机器人吸附方式一柔性静电吸附.该吸附方式利用电场力作为吸附力,通过柔性电极适应壁面粗糙度.针对柔性静电吸附方式的特殊性,首先分析了静电吸附电极的工作原理,并对其电场分布及吸附电容影响因素进行研究,对吸附电极优化设计方法给出指导.接着,利用BOPP柔性镀铝薄膜制作了吸附电极,并对其性能进行了测试.最后,设计了基于该吸附方式的原理样机机器人,验证了该吸附方式的可行性及广阔的应用前景.     

借助外力助推的双足机器人越障及避障方法研究

由于仿人机器人在跨越大尺度障碍时需要重心大幅度地偏移,从而导致机器人容易摔倒或是跨越的距离有限,而通过引入外力的方法能有效地改善机器人的跨越性能.本文主要研究双足机器人在额外外力的辅助下,无碰撞地跨越大尺度障碍物的问题.首先,通过树形数据结构、相对轴矢量和相对位置矢量,建立了双足机器人的仿真模型.然后,通过规划多次曲线跨越轨迹、引入整个跨越过程中的局部避障非线性约束和其他跨越约束的方法,建立起双足机器人越障及避障的多变量非线性优化模型.最终,求解出了平面6自由度的冗余机器人越障及避障的2维步态,通过仿真验证了其能够跨过高度为其腿长43%的障碍物.原理样机跨越15 cm高,为其腿长32%的障碍物,证明了本文所提越障及避障方法的有效性.     

面向抓取任务的移动机器人停靠位置优化方法研究

为了解决移动机器人在复杂环境中物体抓取规划成功率低以及规划时间长等问题, 本文提出了一种基于环境信息的预处理生成移动机器人停靠位置优化算法。首先对机械臂的工作空间进行分析, 得到抓取难易评价标准, 将环境中目标物、障碍物以及移动底盘位置简化为点, 投影到xy平面上, 根据抓取难易评价标准求出移动机器人优化后的底盘停靠位置; 然后针对机械臂避障问题, 采用快速扩展随机树(Rapidly-exploring Random Trees, RRT)算法实现了机械臂末端及连杆与障碍物的避障; 最后通过仿真和动作捕捉系统下的实验发现, 采用移动机器人停靠位置优化算法可显著提高抓取规划成功率和规划速度。     

预期姿势调节对协作任务运动姿势控制的影响

研究人体预期姿势调节机制在双人双臂协作任务中应对冲击干扰的作用,为人机协作提供理论基础.10名男性参与实验,通过对实验对象进行视听信息屏蔽的方式控制是否提前引发肌肉的预期姿势调节（anticipatory postural adjustments,APAs）,比较实验者在不同条件下进行双人双臂协作接取重物的表现.实验中同步采集重物姿态信息及人体手臂的表面肌电信号（SEMG）信号,计算实验者肌肉的预期姿势调节激活时间及重物偏转程度,并分析两者的关系.在双人双臂协作接取重物的任务中,双方均存在视听信息与双方都屏蔽或只屏蔽一方的条件相比,接取时重物产生的偏转程度更小,且存在显著性差异（p<0.001）.数据显示,视听信息可以有效引发肌肉的APAs,而当协作双方相关肌肉APAs被同时引发时,应对冲击后的姿势稳定控制表现最好.当协作双方同时被引发时,预期姿势调节作用对双人双臂接取重物的姿势平衡控制起到积极作用,获取APAs的特征信号并提前控制将有利于高速运动下的人机协作.     

基于点云采样权重估计的未知物体抓取位姿生成方法

针对机械臂在非结构环境中对未知物体抓取位姿生成困难及抓取稳定性差的问题,提出一种基于点云采样权重估计的抓取位姿生成方法.首先通过移动深度相机的方式拼接得到较完整的物体点云信息,并对物体的几何特性进行分析,有效避开物体不宜抓取的位置进行抓取位姿样本生成;然后结合几何约束条件实现抓取位姿搜索,并利用力封闭条件对样本稳定性进行评估;最后为了对实际的抓取位姿进行评价,根据其稳定性、夹取深度、夹取角度等设定抓取可行性指标,据此在工作空间输出最佳抓取位姿并完成指定的抓取任务.实验结果表明,采用所提方法能够高效生成大量且稳定的抓取位姿,并在仿真环境中有效实现机械臂对单个或多个随机摆放的未知物体的抓取任务.     

自动网面插接机拍打力建模及控制方法研究

自动插接机是造纸滤网制造的核心装备。目前，该装备技术被国外公司垄断，国内在该特种装备的研发上尚处于起步阶段。网面的插接过程工艺繁杂，其中最主要的挑战之一在于如何稳定控制插接过程中对纬线的拍打力，这直接决定了插接网面的质量。本课题首先针对影响拍打力的主要机构——抽线机构、拍打机构及行走机构分别进行分析，对抽线机构进行了运动学建模，并且建立了网面拍打力的几何受力模型，进而得出影响拍打力的两个主要因素——插接机行进距离d_x和抽线角γ。然后，在受力模型的基础上，建立了插接机的简化动力学模型并基于PID控制器系统设计了拍打力控制框架。最后，在样机现场采样数据的基础上，通过仿真对比实验验证了所设计的控制框架对拍打力的控制效果。从实验结果上看，通过对插接机d_x和γ的解耦独立控制，能够有效实现对拍打力的稳定控制。本文为提升国产插接机装备的插接网面质量提供了重要参考依据。