面向ERT大面积触觉传感的自适应优化成像方法

在动态的非结构化环境中,有效地感知物理接触对于智能机器人安全交互至关重要。为了能够检测各种潜在的物理交互,需要在机器人表面部署大面积触觉传感器。目前,现有的大面积触觉传感器主要是通过传感阵列方式实现的,但是大规模部署传感元件在实际应用中存在巨大挑战。电阻层析成像(Electrical Resistance Tomography, ERT)技术作为一种连续传感方式,有望克服传统触觉传感阵列的一些限制。为此,利用ERT设计了一款新型的大面积触觉传感器。在此基础上,提出了一种基于自适应感兴趣区(Region of Interest, ROI)的图像重构算法,将图像重构限制在交互区域内,以提高传感器的空间分辨率。为了验证提出成像算法的有效性,通过仿真与物理实验对其进行了全面评估。实验验证了该算法可以有效提高触觉传感器在交互区域的空间分辨率,使其具有较高的测量精度。实验结果表明,该传感器的平均定位误差为0.823 cm,能够准确地识别8种不同交互模式,其精度高达98.6%。这一研究工作表明,该传感器为机器人具身触觉传感的实现提供了一个新的解决方案。     

用于表达飞行姿态信息的组合式振动触觉编码

通过触觉传感帮助飞行员准确感知飞行姿态信息,减轻视听觉认知负担是信息的非视觉表达的一种大胆而有效途径.为此,设计了一种能提示飞机偏转方向和偏转角度的振动触觉显示方法.该方法充分考虑人对振动触觉刺激的敏感特性将姿态信息映射为一定振动节奏、振动位置和振动次序,从而形成组合式振动触觉编码,通过穿戴式振动触觉提示背心提示给人.与单控制参数的映射编码模式相比,该方法能显著提高振动表达的识别率,同时降低认知载荷.不同编码方法的感知识别实验表明,本方法在识别准确率,响应时间和训练时间上优于其他传统方法.     

欧盟着力机器人手触觉传感技术研究

正由英国伯明翰大学科技人员领导的欧洲多学科NANOBIOTOUCH研发团队,正在开展机器人手触觉传感技术的神经与心理物理学基础研究,旨在通过从单个神经元提供实验数据的机器人学习算法到机器人手触摸物体表面的触觉反应,实现机器人手触觉传感技术的突破及机器人手指尖触觉的自我学习认知技能。     

大数据时代下自主式姿态矫正仪的研究与实现

医学研究表明,长期不正确的身体姿态,会导致各类腰椎病,更甚至有可能导致局部血液流通不畅、身体变形等各类问题。科学合理的训练和矫正错误姿态能帮助人们养成良好习惯,避免或减轻腰椎疾病,因此本文在大数据时代下提出一种基于惯性传感器MPU9150的自主式姿态提醒、姿态矫正的研究,帮助用户训练并矫正身体姿态,将姿态数据实时显示在手机端,并通过手机端将训练数据上传到云平台进行大数据挖掘分析,进而为用户提供更加科学合理的训练方案和建议,同时为疾病诊断提供参考。     

基于深度学习的高中学生课堂坐姿识别研究

随着人工智能技术在教育领域的不断交叉融合,校园信息化和网络化逐渐由数字化转向智能化。通过机器自动识别学生的课堂行为活动可帮助教师高效精准地获取学生课堂状态,并进行科学分析。近年来,高中生由长期不良坐姿导致的脊柱侧弯和近视比例不断攀升,对青少年的身体健康产生巨大的威胁。本文通过深度学习技术对深圳某高中采集的225名学生的9种正确及不良坐姿的图片数据进行处理和模型训练,分别使用Densenet和Xception网络获得7种坐姿80%以上的准确率,并将其用于学生课堂状态识别,有效助力学生课堂坐姿的提醒。     

视觉传感网络分布式在线数据关联

数据关联是视觉传感网络监控系统的基本问题之一. 本文针对无重叠视域视觉监控网络的多目标跟踪问题提出一种 基于多外观模型的视觉传感网络在线分布式数据关联方法,将同一目标在不同摄像机节点上的外观用不同的高斯模型描述,由分布式推理算法综合利用外观与时空观测计算关联变量的后验概率,同时通过近似最大似然估计算法对各传感节点上的外观模型参数进行在线估计. 实验结果表明了所提方法的有效性.     

基于新型多模态触觉传感器的机器人交互物体分类

多模态传感融合对于机器人探索外界环境十分重要,而现有的触觉传感器只能收集一种触觉模态信息,其收集到的多模态信息存在弱配对问题,为了解决此问题,研究了一种基于触觉和视觉融合的多模态触觉传感器。该传感器可以利用一个感知层同时收集2种异构触觉模态信息,弥补了传统触觉传感器的缺陷,同时可以利用收集到的多模态信息对不同物体的几何形状进行分类,在研究过程中,通过按压实验收集了圆形、正方形、长方形和三角形4种形状物体的触觉信息,再利用K最近邻(KNN)算法进行几何形状分类,实验结果证明了该传感器在区分不同物体的形状上具有良好的效果。     

无服务器环境下基于DQN和用户意图的函数放置研究

随着无服务器计算技术的快速发展,无服务器计算以其按需付费、自动扩展等特性吸引了越来越多的用户的关注,研究人员正在探索将无服务器架构应用于日渐完善的边缘计算系统。然而,在分布式的无服务器系统中如何有效地进行无服务器函数放置并为用户提供优质的服务仍是该领域一个亟需解决的问题。采用基于用户意图的DQN（deep Q-network）无服务器函数放置算法来解决分布式无服务器系统中的函数放置问题。该算法将用户意图作为学习目标,利用DQN算法进行函数放置的优化。通过仿真实验,基于用户意图的DQN无服务器函数放置算法在计算时延和放置开销方面显著降低。相较于传统方法,该算法能够有效满足用户的不同需求,并取得了较好的函数放置效果,这表明该算法在分布式无服务器系统中具有较高的适应性和性能优势。     

基于二阶分布式算法的无线传感网络效用最大化问题研究

高效分布式算法设计是保证无线传感网络性能的关键问题。提出了一种基于信道容量约束的无线传感网络效用最大化问题模型。针对传统一阶算法存在收敛速度慢、步长选择敏感等缺点,文章设计了具有二阶收敛速度的快速分布式牛顿算法。研究和仿真实验表明,该算法在与传统一阶算法交互几乎相同信息的情况下具有二次收敛速度,算法迭代次数和运行时间改进了近两个数量级。     

基于测量矩阵优化的分布式压缩估计算法

为更好地解决无线传感网分布式测量中有效数据估计问题,提出一种新的分布式压缩估计算法。通过在一个压缩维度上完成未知参数变量的分布式估计,并采用自适应随机梯度递归方法更新测量矩阵,将分布式压缩估计与测量矩阵优化相结合,实现收敛速度及估计误差精度的最优化。仿真结果表明,与d NLMS、DCE算法相比,该算法具有更快的收敛速度及更高的估计误差精度。     

基于柔性触觉传感器的坐姿压力监测系统设计

提出了一种有效监测人体坐姿压力的系统,设计了柔性触觉传感器阵列,基于多路模拟开关CD4051、微处理器MSP430与无线发送模块实现数据的采集与传输,在上位机软件中通过低通滤波、配色与插值算法,并应用分布式压缩感知理论,形成了模拟人体坐姿压力分布的彩色图像,图像真实清晰,便于观察.实验结果表明:系统稳定性和分辨率较好,且能够实现坐姿压力分布的实时测量和显示.     

Computational model for tactile sensing system with wrinkle’s morphological change

ABSTRACT

We previously developed Wrin’Tac, a tactile sensing system that can select sensing modalities by changing its morphology. In this paper, we present a computational model to estimate a wrinkle’s morphology and predict the output of embedded sensing elements in both static indentation and sliding action cases. We evaluated the wrinkle shape and the posture of the sensing element by calculating its height. The wrinkle’s mechanical change is assessed by ascertaining its stiffness under vertical indentation by a spherical indenter. The output voltages of the sensor under static indentation are calculated by the proposed model, and the experimental values have error less than 10%, which validates the accuracy of our proposed model. For dynamic sliding action, this proposed model clarified the capability of wrinkle morphology in an evaluation of such sliding action’s characteristics as the sliding direction and velocity. We also identified the role of the wrinkle’s morphology in the sensor’s sensitivity under different conditions of dynamic sliding motion, implying that this sensing system may select suitable sensitivity for specific sensation tasks. We expect this work to pave the way for assessing the role of morphological changes to tactile sensation and developing soft active tactile sensing systems.     

计算机辅助骨科手术机器人技术发展及应用综述

肌肉骨骼系统在人体运动中起着至关重要的作用,这个系统的疾病通常会导致严重的长期残疾,是影响人类健康和活动能力的关键因素。计算机辅助骨科手术机器人系统已成为临床骨科中最重要和最具挑战性的系统之一,因为它们能够使用现代临床导航系统和机器人系统精确治疗肌肉骨骼疾病,具有有效降低辐射、减少医生体力等优势,成为解决传统骨科疾病的最佳选择之一。通过对机器人在骨科手术中的应用分析,重点介绍了骨科机器人的机构设计、导航技术、机器人控制、交互技术以及骨-机器人连接技术。在导航技术中,利用CT扫描设备获取图像和光学跟踪装置进行导航已成为主流。在机器人控制和交互技术中,既有遥操作,也有自动控制。借助文献梳理,进一步讨论了目前计算机辅助骨科手术机器人系统存在的问题及其未来发展。     

无线传感器和执行器网络控制系统设计与仿真

无线传感器和执行器网络通过无线网络(ZigBee)将传感器和执行器与控制器相连,完成分布式传感和执行任务。针对无线网络传输和被控对象延时的不良影响,首先详细介绍了基于TrueTime 2.0的无线网络控制系统在Windows 7和Matlab R2010b环境下的搭建,给出了系统的仿真模型。对控制器节点分别采用常规PID控制和模糊PID控制算法进行仿真研究。仿真结果表明,对于存在延时环节的无线网络控制系统,模糊PID控制可以取得较好的控制效果,系统鲁棒性较强。该研究对物联网智能家居系统的设计具有一定参考价值。     

一种新型智能机器人触觉传感服装的研究

触觉技术在机器人感觉系统中占有非常重要的地位,同听觉、视觉一样,触觉是机器人感知外部世界信息的一种重要手段.文中对智能机器人触觉传感服装的理论模型进行了详细的论证,提出利用导电橡胶的压阻特性,设计阵列式触觉传感服装模型以及相应的信号处理和采集显示的软硬件系统,并通过实验取得了良好的效果.     

Four-joint motion data based posture classification for immersive postural correction system

In the modern age, it is important for people to maintain a good sitting posture because they spend long hours sitting. Posture correction treatment requires a great deal of time and expenses with continuous observation by a specialist. Therefore, there is a need for a system with which users can judge and correct their postures on their own. In this paper, we propose a four joint-based motion capture system for building immersive postural correction system. The system collects the subject’s postures, and features are extracted from the collected data to build a database. The data in the DB are classified into normal and abnormal postures after posture learning using the K-means clustering algorithm. An experiment was performed to classify the posture from the joints’ rotation angles and positions; the normal posture judgment reached a success rate of 99.79 %. This result suggests that the features of the four joints can be used to judge and help correct a user’s posture through application to a spinal disease prevention system in the future.     

基于分布式压缩感知的联合检测与跟踪算法

多基雷达系统对隐身目标的检测与跟踪具有良好的效果,但是在集中式融合框架下应用于 多基雷达的检测与跟踪算法具有计算复杂、计算量大的缺点.对此,提出一种应用于 多基雷达系统的基于分布式压缩感知的联合检测与跟踪算法.首先,应用分布式紧凑感知 矩阵追踪算法直接重构出表征目标状态空间信息的稀疏网格反射向量;然后,应用检测 前跟踪算法得到精确的目标运动状态和轨迹.仿真实验表明了所提出算法的有效性.     

压阻式触觉传感器对法向力和剪切力的检测

灵活的触觉传感器应该具有像皮肤一样的功能,能够检测施加力的大小和方向.改进的压阻式触觉传感器,主要由中心芯和4个侧壁组成,法向力和剪切力的感测元件不同.将压阻式触觉传感器嵌入到一个聚二甲基硅氧烷(PDMS)弹性体中,以实现力的柔性检测.通过仿真分析,得到此种触觉传感器对法向力的检测范围为600 Pa~65 kPa,可测得的最小剪切力为900 Pa.通过进一步分析,得到施加法向力和剪切力时法向力感测元件阻值的变化曲线,可得此种触觉传感器能够有效降低法向力感测元件与剪切力感测元件之间的干扰.所开发的触觉传感器可以灵活检测施加的法向力和剪切力,可应用于机器人手臂和假肢上.