灵巧手抓持规划的虚拟仿真方法

本文介绍在虚拟环境中,通过仿真分析的手段来研究机器人灵巧手抓持规划方案的方法.研究中以人的经验为指导,根据手、物的形状及尺寸等相对关系初步给出定性的抓持方案,以此为基础在虚拟环境中对机器人灵巧手的抓持过程进行仿真分析,判定所给出的抓持规划是否能实现在虚拟环境中的稳定抓持.然后在可行方案的基础上进一步对灵巧手的抓持点位置及抓持姿态进行优化,最终可得到机器人灵巧手对于特定被抓持物的较令人满意的抓持规划方案.     

人手抓持识别与灵巧手的抓持规划

本文研究灵巧手采用指尖抓持方式时的抓持规划方法．在相同的操作环境和操作对象下 ，由人手决定抓持接触点的位置，利用人手运动测量装置测量人手抓持位置，通过一定的映 射关系将其转换为灵巧手的抓持位置及其掌系的位姿，再根据灵巧手自身的结构通过运动学 反解确定其抓持位形．     

虚拟环境中灵巧手主从抓持的实现

研究了虚拟现实环境中人手和灵巧手的抓持动作.利用数据手套采集人手的运动信息,将人手的运动 映射给灵巧手,通过搭建人手和灵巧手的模型,在虚拟环境下实现了主从抓持操作.探讨了关键技术问题:异构系统 运动映射、碰撞检测、虚拟力建模、稳定抓持的判据.􀁱     

自重影响下对称结构三指灵巧手的抓持规划与分析

将驱动电机置入灵巧手指内部，使得灵巧手指自重对操作性能的影响增大．文中对所设计的对称结构三指灵巧手进行了受力分析，并在此基础上建立了手指自重对灵巧手指关节力矩影响的优化目标函数，以寻求不同手掌方位角下关节的最优抓持位形．通过对不同手掌方位角下关节力矩的优化分析，确定了手掌方位角与手指最佳位形之间的映射关系．将优化结果应用于实际机器人系统，其运行结果表明了该分析方法的有效性．     

机器人多指手灵巧抓持规划

抓持规划是机器人灵巧手要完成预期任务所面临的一个重要问题．本文采用主从操作方式进行灵巧手的指尖抓持规划，由人手决定抓持接触点的位置， 灵巧手通过调整其手掌的位置和姿态保证各手指在人手指定的位置上抓持物体．根据灵巧手的操作特点，提出以关节灵活度来描述关节运动各向同性的能力，并据此定义灵巧手操作灵活度，作为灵巧手抓持位形性能的评价指标．以最大操作灵活度作为优化目标函数，寻求最优的抓持性能．同时，借鉴人手的抓持经验，通过主从操作方式，建立从人手到灵巧手的运动映射关系，从而为手掌位置优化问题提供合理的初值．仿真实验结果说明了文中方法的有效性．     

机器人灵巧手抓持分类器的设计与实现

机器人灵巧手的抓持分类是抓持规划的一个主要问题．本文应用模式识别技术设计和实现了 一种基于高斯混合模型GMM的分类器． 采用Expectation Maximization(EM)算法估计GMM的 参数，对人手的抓持动作进行识别与分类，经过人手到机器人手的关节空间运动映射，实现 了机器人灵巧手的抓持动作分类．该分类器可以应用于在线抓持规划．     

用OpenGL构造机器人灵巧手虚拟场景

论述了用OpenGL绘制三指九关节机器人灵巧手虚拟场景,加上了光照、反走样、融合、雾化等效果处理,使图形更逼真。并且编写了一个串行通信程序,使灵巧手虚拟场景能接收灵巧手控制发送过来的数据,使虚拟场景能和巧手实现同步运动。     

虚拟手抓持规则融合策略研究

群体虚拟手抓持规则是虚拟手和虚拟物体进行抓持操作的交互规则,用于判定虚拟手是否能够成功抓持物体。对基于几何的虚拟手抓持规则和基于物理的虚拟手抓持规则分别进行了研究,针对基于几何的虚拟手抓持规则规则简单、仿真效果较差,基于物理模型的虚拟手抓持规则计算复杂、难以实现实时仿真的问题:（1）改进基于几何的虚拟手抓持规则,通过接触点位置、法矢和抓持面法矢制定抓持规则,使其效果逼近力封闭虚拟手抓持规则;（2）利用力封闭计算中抓持接触点和法矢不变的特性,通过内力配比避免了抓持操作中的非线性规划求解,使抓持操作阶段实现实时仿真;（3）通过几何约束进行初始抓持判断-力封闭计算校正-内力配比力封闭计算的策略,实现了完整的抓持过程实时仿真。设计的交互实验说明该抓持规则能实现高沉浸感和实时性的抓持仿真,可以应用到虚拟训练、虚拟装配等仿真平台。     

4DOF仿人手概念设计与抓持能力分析

本文提出了一种4自由度仿人手的概念设计及自由度分配方案,拟通过进行自由度的合理分配,提高少自由度仿人手的抓持能力,从而解决仿人手目前面临的少自由度和高抓持性能需求的矛盾.借鉴人手抓持分类方法,分别就精度抓持、力度抓持及人手常用抓持手势、手语进行抓持规划,并利用虚拟样机技术进行抓持仿真,表明该手能够完成抓圆柱、圆锥、球及拇指与其余手指对捏等不同类型的抓持任务.同时该手还可做出握手、OK等手势以及13种聋哑人字母语的手语,表明该手具有一定的用人类手势手语方式与人交流的能力.     

基于模糊逻辑控制的机器人灵巧手的抓取方式

机器人灵巧手抓取方式控制是整个灵巧手操作规划一个非常重要的环节。该文介绍了3种典型的抓取方式：平行抓取、聚中抓取和镊式抓取。以被抓取物体的尺寸为输入量,抓取方式作为输出量,提出了一种基于模糊逻辑的灵巧手抓取控制算法,并对这种算法进行了推导。在实际的机器人灵巧手遥操作系统中的应用表明,这种基于模糊控制的灵巧手抓取方式控制方法是正确有效的,具有使用价值。     

虚拟手抓握动作的Petri网模型及其仿真实现

虚拟手的运动建模是三维人机交互研究中的一个关键问题.虚拟人在执行维修作业的过程中,不可避免地需要徒手抓握操作对象或维修工具.为此,该文提出了一种基于位置/变迁Petri网的虚拟人手抓握动作模型.该方法以关节化虚拟手的几何建模和关节约束分析为基础,描述了抓握动作的Petri网模型,通过仿真循环叠代和关节插值计算,实现关节链上各个关节的运动控制,并基于面向对象的技术设计实现了典型抓握动作.最后,基于人体建模与仿真软件Jack,设计并实现了一个虚拟手抓握动作的Petri网,仿真和实验结果表明所述方法简便易行,能够满足虚拟维修作业的要求.     

灵巧手操作的重构规划

根据人类利用滑动或滚动方式进行灵巧操作的几种模式 ,在多指灵巧手—物体的抓持系统中 ,把实现这些灵巧操作模式的规划问题作为一个位形空间的重构问题进行全局和局部级的操作规划 ,开发了实现灵巧操作的规划算法 .仿真结果表明了方法的有效性和正确性 .     

基于深度神经网络的多指灵巧手抓取手势优化

基于深度神经网络模型,提出了一种适用于多指灵巧手的抓取手势优化方法。首先,在仿真环境下构建了一个抓取数据集,并在此基础上训练了一个卷积神经网络,依据目标物体单目视觉信息和多指灵巧手抓取位形来预测抓取质量函数,由此可以将多指灵巧手的抓取规划问题转化为使抓取质量最大化的优化问题,进一步,基于深度神经网络中的反向传播和梯度上升算法实现多指灵巧手抓取手势的迭代与优化。在仿真环境中,比较该网络和仿真平台对同一抓取位形的抓取质量评估结果,再利用所提出的优化方法对随机搜索到的初始手势进行优化,比较优化前后手势的力封闭指标。最后,在实际机器人平台上验证本文方法的优化效果,结果表明,本文方法对未知物体的抓取成功率在80%以上,对于失败的抓取,优化后成功的比例达到90%。     

虚拟现实技术在城市规划仿真中的应用

该文从虚拟现实技术在城市规划中的应用出发，结合实例，探讨了虚拟环境下的建模方法，以及场景建模中多边形的数目优化、碰撞检测、远景设置等问题，最后介绍了宁波科技园区的仿真系统。     

爆炸装置排除视景仿真系统的设计与实现

为解决当前爆炸装置排除训练过程中训练装置制作复杂,且每次重复制作,投入人力物力较大等问题,设计了爆炸装置排除视景仿真训练系统.以虚拟现实技术为基础对系统进行了层次结构划分与硬件结构设计,并运用面向对象思想对系统进行模块化设计,利用简单工厂、模板方法等设计模式对排爆工具模块进行扩展性设计;结合ODE物理引擎解决了装置节点间的碰撞检测,利用OSG相交性测试与矩阵变换解决了虚拟手抓取物体,通过正确排除顺序与用户排除顺序比较的方法解决了装置排除正确性判断等关键技术,以VC++为开发环境实现了爆炸装置排除仿真训练系统.实践证明:该系统仿真度高,达到了爆炸装置排除仿真训练的效果,且易于操作,具有较强的扩展性.     

基于虚拟现实的城市规划三维仿真设计系统

传统的规划设计CAD系统的三维功能很弱,难以进行空间关系分析和效果表达;而现有的城市仿真系统不具备规划设计能力,不能应用到规划设计过程中.结合CAD、3D、VR技术开发了一套规划仿真设计系统,,采用了基于专业对象的三维建模技术和虚拟现实技术,实现了二维设计过程中的规划设计对象的自动三维建模以及实时进行三维设计场景的虚拟呈现.结果表明,系统能极大地提高设计效率,能很好地进行空间关系分析,优化设计方案,并能通过虚拟场景以及系统输出的效果图和三维动画很好地表达设计意图,从而将城市规划设计技术从二维图纸阶段提升到三维仿真设计阶段.