非触控式的体感机械臂交互控制系统研究

针对多旋转自由度机械臂控制系统中自然交互性和效率方面的问题,在建立的体感设备Leap Motion与六自由度机械臂的交互控制系统模型中,利用基于几何方法的机械臂运动学逆解,提出一种增加求解约束,二分搜索末端抓取器最优空间位姿的解法,该解法运行效率高,求解过程直观,并提高了手臂姿态位置计算的精确度。经仿真实验验证,本文提出的算法在处理大量体感输入数据具有机械臂实时响应能力,解决了体感设备与机械臂交互控制过程中的不自然性与实时性,为非触控式的体感机械臂控制提供了一种可行方案。     

自动化控制下机械手臂运动轨迹研究

对机械手臂运动轨迹进行优化控制,能改善机械手臂的自动控制性能。为了提高机械臂的控制稳健性,提出一种基于变结构模糊PID控制的机械手臂运动轨迹优化控制模型。首先采用末端效应逆运动学模型构建机械手臂的运动规划约束参量数学模型,采用七自由度运动空间重构方法建立机械手臂运动的动力学方程。然后通过纵向定常运动,分析建立机械手臂整定控制目标函数,求解机械臂在抓取作业过程中的最佳导引控制律,采用变结构模糊PID控制方法进行运动轨迹的误差修正,实现机械臂自动控制优化。最后通过仿真实验进行控制性能测试,结果表明,采用该方法进行机械手臂运动轨迹控制的精度较高,对机械臂位形变化轨迹的预测准确性较好。     

基于手臂体感器与机械臂的人机交互系统设计

本文所设计的系统主要通过手臂体感器获取手臂的移动情况,利用信息捕捉加坐标转化的方法,转化为相应的指令传输到机械臂的系统中,使得机械臂能在非特殊情况下,按照手臂的运动轨迹做相应的运动.获取移动轨迹的途径由手臂体感器提供,并将之体现为三维空间中的坐标,使得机械臂的运动更加接近手臂的运动,为进一步的研究开发建立了基础.     

上肢康复机器人等速运动控制算法的研究

等速运动康复的目标是保证人的手臂在用不断增加的力矩驱动机械臂转动时,机械臂转速始终被控制在预设值不变,且人机的肩关节轴要动态对齐。针对上述要求,通过采集机器人关节伺服电机电枢绕组中的电流值和转子的转速,确定外力矩、电机力矩和转速之间的关系,据此建立等速运动控制算法,并以人手臂肩关节的屈展角度为变量,找出机器臂肩关节轴在高度方向对齐人肩关节轴的函数关系,进而建立了考虑速度和位置双重因素下的人机肩关节轴动态对齐控制算法。通过将上述控制算法用于实物样机的控制,证明了控制算法的正确性。该研究为控制上肢等速运动康复提供了参考。     

基于Leap Motion的机械臂交互控制研究

针对多旋转自由度机械臂的便捷控制问题,建立了一种联接体感设备Leap Motion与六自由度机械臂的交互控制系统。在体感输入和机械臂运动响应模型中,利用基于几何方法的机械臂运动学逆解,提出一种增加求解约束,二分搜索末端抓取器最优空间位姿的解法。这种解法运行效率高,求解过程直观,能够在对数级时间内求解。经过仿真和实物实验验证,该解法具备处理大量体感输入数据,实现机械臂实时响应的能力,为非触控式的体感机械臂控制提供了一种可行方案。     

基于限幅加权骨骼节点滤波的体感交互技术

为了改善机器人的操作方式,提高体感交互的识别精度,提出了一种基于限幅加权骨骼节点滤波的体感交互技术。首先利用Kinect传感器获取深度场景信息,并通过骨骼追踪技术处理所获得的深度信息以此匹配人体各个关节,建立人体各关节的3D坐标;然后采用空间向量映射的形式计算出各关节转动角度,并利用本文所提出的限幅加权滤波算法,即通过对采集并计算出的关节转动角度进行限幅加权滤波处理,减少了骨骼噪声的影响;最后将转动角度转化为控制指令,通过蓝牙串口将控制指令发送给机械臂控制器,操控机械臂舵机转动。实验结果表明,该方法能够实现体感交互效果,机械臂随人体手臂运动的识别率为96.3%,且限幅加权滤波算法能有效减少骨骼噪声影响。     

自主路径规划的同步机械臂的研究与实现

为了解决卧床老人或者病人无人照顾,并且提高其生活自理能力的问题,提出一种具有自主路径规划的同步机械臂的研究与实现。使用者通过手机APP指定移动机械臂到达目的地后,通过手臂上的同步装置指导机械臂同步执行本体手臂行为,进行物体的抓取工作。采用密集无源RFID标签定位方法在室内布置4*4m^2的RFID标签阵列,基于模糊逻辑控制进行路径规划,实验结果表明本系统可以帮助使用者完成生活中90%的抓取工作。     

Kinect体感控制性能优化方法

为提高基于Kinect体感应用程序控制识别的稳定性、准确性与鲁棒性,针对手臂光标延迟与身体控制场景内容稳定性的问题,提出在Unity3D平台下的体感控制性能优化方法。基于数据转化思想,通过放宽手臂光标触发成功条件,将单点稳定触发转化为范围稳定触发,实现手臂光标延迟性能优化;通过将身体位置控制场景内容转化为模拟键盘方向键输入的方法,实现身体控制场景内容稳定性优化。实验结果表明,该方法能够有效提高体感应用程序的相关性能。     

基于惯性动作捕捉的机械臂控制系统设计

针对以往机械臂控制方式繁琐且技术要求高的弊端,设计了一套基于惯性动作捕捉的机械臂控制系统。由重力加速度计和弯曲度传感器构成的动作捕捉模块被固定于操作者手臂上,实时捕捉手臂各部分相对运动角度值。动作捕捉模块将各角度值通过串行方式发送给机械臂控制模块,完成对舵机角度的控制。该控制系统直接捕获手臂相对运动角,避免了空间姿态角换算问题,经实验验证其控制效果令人满意。     

卫星天线展开臂的随动吊挂重力补偿系统设计

为了给卫星天线展开臂的展开特性测试提供真实的零重力地面仿真环境,设计了卫星天线随动吊挂重力补偿系统.首先设计了与卫星天线展开臂结构相同的3轴随动吊挂机械臂,对卫星天线展开臂进行位置跟随,并通过有限元方法分析其受载时的位置精度;然后根据导纳控制方法设计出随动机械臂的力跟随控制器,采用基于位置内环的PD （比例-微分）力控制策略设计出拉力系统对吊索拉力的控制算法;最后通过实验考核了随动吊挂机械臂各关节对在轨运行模式下的天线展开臂相应关节的位置跟随性能和重力平衡补偿.实验结果表明各轴位置跟随误差均不超过±0.03°,稳定运行时吊索张力控制偏差均小于1.2% F.S.（全量程）,在天线展开机械臂的展开过程中实现了较高精度的位置跟随和重力补偿,满足天线展开测试要求.