基于增强现实的投篮轨迹分析与模拟

投篮命中率主要由出手速度和角度决定。首先根据对数的泰勒展开式,给出在有空气阻力时一种新的简单投篮轨迹模型;其次,根据二次方程的判别式,分别给出在没有空气阻力和有空气阻力时最省力的投篮角度,其角度具有清晰明了的几何意义,有利于实际投篮的指导;最后,设计一个增强现实系统用来指导运动员进行投篮,方便运动员根据虚拟篮球轨迹和虚拟篮筐位置来调整自己的出手速度和出手角度。     

基于Unity3D平台的篮球游戏三维动漫设计与实现

基于Unity3D平台,通过3DS Max对篮球运动员和篮球场馆进行三维建模,并导入Unity3D搭建场景,通过游戏的交互实现和调试动画,实现运动员在3D篮球馆中的投篮运动。系统中应用引擎的物理系统、粒子系统和声音系统等。为了展现游戏当前状态,使用NGUI插件制作系统界面的显示功能,使用Adobe Soundbooth CS4处理篮球声音的剪辑,从而实现了对篮球运动员投篮练习的环境、动作的模拟,并通过计分、计时系统记录玩家当时的得分和游戏时长,使用户从视觉、听觉上感受投篮运动。     

篮球训练仿真系统的实现

针对当前篮球训练中缺少量化计算的问题,开发了篮球训练仿真系统。首先利用篮 球运动轨迹方程求导,得到起落点不在同一水平线上的无空气阻力情况下最佳出手角和出手速度 的精确解。实验表明最佳出手角随出手速度的增加而增加,随出手高度的增加而减小。当投篮距 离增大时,最小出手速度需要增加,最佳出手角则减小。然后制作了可视化的仿真环境,并对运 动员动画、有物理材质的篮球、声音模块、关卡设计、最佳出手角计算模块及网络计分系统等进 行了研究。运动员可以利用该可视化环境测算适合自己的最佳出手角和出手速度,辅助训练。     

基于CompactRIO的投篮机器人电磁弹射系统设计

中国机器人大赛投篮机器人竞赛要求机器人不但能够准确定位篮筐,还要求机器人能够灵活控制电磁铁弹射的力度。当电磁铁需要高升压比时普通的拓扑结构无法满足要求,利用反激拓扑结构法设计了一种输出可调节的高升压比DC-DC转换器,并通过NI公司CompactRIO实时控制器的控制,达到根据目标篮筐的距离自动实现弹射的力度,满足了实际竞赛的要求。     

NI图形化系统设计平台助力2012中国机器人大赛

2012年12月,美国国家仪器公司(National Instruments,简称NI)携手上海交通大学于2012年12月1日到2日共同举行2012中国机器人大赛暨RoboCup公开赛(上海赛区)篮球机器人比赛。来自全国各地9所高校的9支队伍、共50余名参赛队员代表参加了此次比赛,围绕篮球机器人1大项3小项项目展开竞技。最终上海交通大学交龙队获得创新篮球机器人项目、自主传球项目两项冠军,上海大学自强队获得自主投篮项目冠军。NI一直很注重为国内学校的重要机器人赛事提供支持,以激发学生创意,激励机器人技术的交流与发展。     

多平台三维篮球运动仿真系统的设计与实现

为提高篮球运动员的投篮精度,利用微软的Kinect获取不同的出手速度,求解非线性方程组,得到在罚球点处有空气阻力情况下不同出手高度、出手速度和出手角的精确解。使用三维引擎 U nity3D开发篮球运动仿真系统,并移植到Windows、Web、Mac、Mac Dashboard等多个平台。该系统从图形用户界面、关卡设计、动画模块等模块入手,对纹理贴图、动画、碰撞检测等问题进行了实现和优化,可辅助运动员进行训练。     

双足机器人跟踪误差在线修正方法

对双足机器人在行走过程中进行实时修正会导致机器人步行不稳定,以及使得步行速度受限.为解决该问题,提出一种双足机器人跟踪误差在线修正方法.从模仿人类的角度出发,将机器人步行模式分为单腿支撑相和双腿支撑相2个阶段,并分别采用误差裕量和误差限值的方法进行在线修正.实验结果表明,该修正方法可使机器人步行速度上限提高25％左右,对外部环境具有一定的抗干扰能力.     

基于弹簧负载倒立摆模型的仿袋鼠机器人稳定跳跃控制

仿生跳跃机器人具备很强的越障和环境适应能力,但是由于机器人运动过程中较短的可控时间以及腾空阶段运动的不确定性,运动的稳定性对于仿生跳跃机器人至关重要.本文对仿袋鼠机器人跳跃运动过程中的稳定跳跃控制问题进行了研究.首先采用双质量弹簧负载倒立摆模型(spring-loaded inverted pendulum,SLIP)模型对袋鼠机器人的结构进行简化,建立了机器人系统的动力学模型,并对机器人的运动过程以及着地相与腾空相的切换条件进行了分析.然后采用解耦控制的思想,将SLIP模型的运动控制分解为水平速度控制和跳跃高度控制两个方面,分别通过控制着地角度实现对水平运动速度的控制,通过能量补偿实现对跳跃高度的控制.最后在ADAMS仿真环境中建立机器人模型并进行了机器人运动仿真实验.实验结果表明,本文提出的方法可以实现仿袋鼠机器人稳定的周期性跳跃运动.     

基于能量转换的仿人机器人摆动腿落地改进阻抗控制方法

针对没有缓冲装置的双足仿人机器人在快速运动中摆动腿落地会对机器人身体稳定性带来影响的问题,结合阻抗控制的控制特点,从能量转换的角度进行分析,提出了基于能量转换的仿人机器人摆动腿落地改进阻抗控制方法。以阻抗控制方法为基础,通过对机器人摆动腿落地时末端速度以及落地后质心速度的分析,结合在摆动腿落地这一过程中能量的转换关系,对机器人摆动腿各关节的力进行控制,从而达到机器人摆动腿缓冲落地的目的。最后,将此方法应用于机器人Nao,实验证明,机器人摆动腿落地时与地面的瞬时作用力减小,达到了缓冲落地的效果,同时也起到了预先控制的作用。     

工业机器人遥操作系统的空间映射与控制策略

针对工业机器人遥操作系统中存在的主从机器人工作空间差异以及运动控制精度与安全问题,提出了一种工作空间映射算法与位置—速度混合控制策略。首先,将遥操作划分为自由运动和交互两个阶段,在自由运动阶段采用映射算法使主从机器人的工作空间高度覆盖,使主机器人可操控的从机器人运动范围最大化。进一步,在交互阶段设计了一种位置—速度混合控制策略对工业机器人的运动进行准确的控制,使主从机器人的实际位置轨迹准确的跟随,并进一步引入反馈引导力以实现安全的控制。最后在Touch-ABB IRB120主从机器人遥操作实验平台上对所提控制方法进行验证,实验结果表明该方法使得主从机器人运动范围在高度覆盖的同时可以保证遥操作控制的精度。     

基于多足球机器人协作的组合射门算法

为了提高机器人足球比赛中足球机器人的射门成功率,在分析了基本射门算法不足的基础上,用“盲区”法求出高效射门区,在求出的两个高效区中综合考虑射门角与射门区关系等因素,引入了最佳射门区的概念,并通过选择最优的机器人射门运动路径,结合大力射门算法和基本射门算法,提出了基于多足球机器人协作的组合射门算法。结果表明,用该算法改进射门策略后,射门成功率明显提高。     

基于Hermite曲线的机器人足球射门算法

机器人足球比赛是关于人工智能的新兴研究领域,它集数学算法、多智能体、机械设计、控制理论等多个学科于一体,是先进科学技术的发展代表。在机器人足球比赛中,射门和传球是两个最基本的动作。提高动作的速度以及准确性、连贯性是提高动作效率的关键。本文提出一种基于Hermite插值曲线的机器人足球射门算法。利用Hermite插值曲线的数学特性,可以使机器人在满足一定速度的基础上,连续、准确地完成射门或传球动作,并且能大幅度地提高射门或传球的效率。本文以FIRA5：5仿真平台为背景,结合试验证明,利用此方法可以较好地提高射门的成功率。     

基于三质心模型的类人机器人射门算法

为了实现快速稳定的射门动作,提出了一种基于三质心模型的类人机器人射门轨迹规划方法。首先,根据三质心模型,得到包含游动腿轨迹和躯干轨迹的零力矩点(ZMP)方程, 采用三次贝塞尔曲线规划游动腿轨迹和ZMP轨迹,根据ZMP方程求解出类人机器人的躯干轨迹;其次,在双腿支撑相根据线性摆模型计算类人机器人的质心轨迹,实现射门姿态的快速调整;最后,在RoboCup 3D仿真平台中应用此算法实现了类人机器人的快速射门动作,并与其他球队的射门动作进行了对比。实验结果表明：应用该算法仅需手工调试即可快速实现稳定的射门动作,射门动作时间有很大减少,可增强机器人足球队的竞争力。     

基于简化三维线性倒立摆模型的模糊控制射门算法

针对双足机器人传统射门算法存在仅适用于固定射门角度和射门姿态的问题,提出了一种基于简化三维线性倒立摆模型的模糊控制射门算法,用于实现多角度、多姿态的射门。首先利用简化三维线性倒立摆模型规划出零力矩点(ZMP)轨迹和质心轨迹;其次在双腿支撑相对双足机器人进行射门角度和姿态的调整,同时利用贝塞尔曲线规划出游动腿的轨迹;最后利用模糊控制算法精确地规划出双足机器人的射门轨迹。实验部分利用NAO机器人仿真平台验证了本文提出射门算法的性能,并与其它射门算法进行了比较。最后将实物NAO机器人用于全过程与多角度的实际射门实验,验证了本文提出射门的算法可行性与准确性。     

基于动态椭圆曲线的足球机器人射门路径规划算法

为提高机器人足球比赛中射门成功率,提出了一种基于动态椭圆曲线的射门路径规划算法。通过计算足球机器人当前位姿及期望射门角度,控制机器人按照椭圆曲线路径运动至射门目标点,实现快速有效击球射门。仿真实验及实物机器人实验验证了算法的有效性,动态椭圆曲线射门规划算法运动路径短,且能够以合理射门角度完成射门。     

声自导鱼雷连续攻击方法研究

声自导鱼雷连续射击时受到自导方式的限制,若散角设置不当易产生互导问题,难以发挥其攻击范围大、命中概率高等优点。为此解算了声自导鱼雷的最佳射击阵位,通过对扇面齐射时相关参数的研究,解决了连续攻击过程中的前后雷互导问题,提高了鱼雷的自导作用距离和命中概率,优化了声自导鱼雷扇面齐射攻击方法。最后通过仿真态势推演验证了结论,为潜艇实弹射击提供了一定的参考。     

仿人机器人复杂动作设计中人体运动数据提取及分析方法

提出了仿人机器人复杂动作设计中人体运动数据提取及分析方法. 首先, 通过运动捕捉系统获取人体运动数据, 并采用运动重定向技术, 输出人--机简化模型的数据; 然后, 对运动数据进行分析和运动学解算, 给出基于人体运动数据的仿人机器人逆运动学求解方法, 得到仿人机器人模型的关节角数据; 再经过运动学约束和稳定性调节后, 生成能够应用于仿人机器人的运动轨迹. 最终, 通过在仿人机器人BHR-2上进行刀术实验验证了该方法的有效性.     

CMAC在仿人机器人逆运动学计算中的应用

本文采用关节角位移和末端位姿误差作为小脑模型神经网络(CMAC)的输入,根据仿人机器人的正运动学模型来调整CMAC的权值,使网络最终逼近仿人机器人的逆模型,从而得到末端位姿到各个关节角的映射关系,避免了传统解析方法面临的计算量大、解不唯一的问题。MATLAB仿真结果表明,利用CMAC对仿人机器人的逆运动学问题求解,可以保证机器人位姿较好地跟踪给定的参考轨迹,说明CMAC能够逼近仿人机器人的逆运动学模型。     

从两足机器人到仿人型机器人的研究历史及其问题

本文介绍了从两足机器人发展到仿人型机器人的历 史,分析了在自由度、能量最优和碰撞研究的一些研究现状和前景,并对仿人型机器人与两 足机器人在运动特性上有所不同提出了一些问题．     

基于双臂摆动的仿人机器人偏摆力矩矫正方法

针对仿人机器人在步行时产生的绕ZMP(零力矩点)的偏摆力矩导致其失稳甚至摔倒的问题,提出了一种基于双臂摆动的偏摆力矩矫正方法.分析了偏摆力矩产生的原因及其对机器人步行稳定性的影响;根据仿人机器人的连杆模型和手臂摆动的单摆模型,推导出了双臂摆动力矩的表达式,结合双臂摆动的示意图阐述了利用双臂摆动力矩矫正偏摆力矩的原理;采用三次样条插值规划出双臂参数化的摆动角轨迹,再通过穷举法遍历摆动角参数使双臂摆动力矩满足偏摆力矩的矫正要求.仿真结果表明,该方法不仅能较好地矫正偏摆力矩,使机器人实现稳定的步行,而且能保证双臂的摆动角轨迹单调、平滑和周期性。