基于虚拟现实的机器人遥操作关键技术研究

机器人遥操作是实现空间、医疗及深海等领域作业的重要手段,基于虚拟现实的机器人遥操作是克服时延的有效方法,具有透明性强、稳定性高的优点,成为当前机器人遥操作的主要方式。首先分析了基于虚拟现实的机器人遥操作系统的关键组成部分,并对其关键模块的具体作用进行了介绍;其次,归纳分析了各类虚拟现实环境建模方法,主要从几何建模和动力学建模方面展开,阐述了每种方法的应用领域、主要特点;此外,进一步分析了遥操作虚拟夹具设计的构建方法及适用领域。最后对当前存在的难点进行总结,指出今后研究的思路。     

用于触摸屏图像感知的指端力触觉再现系统

当用户与触摸屏交互时,有效和实时的力触觉交互技术对于增强现实感和沉浸感是非常重要的。设计了一种面向触摸屏图像信息感知的手指外骨架可穿戴式力触觉交互装置,利用平面四连杆机构作为外骨架传动机构,结合直流电机作为执行机构可为用户手部提供连续可控的力觉反馈,通过振动电机和压电陶瓷致动器提供两种类型的振动触觉反馈。该装置体积小、重量轻,功耗小,使用蓝牙通信,可扩展性强,方便使用及携带。为了表达图像中虚拟物体的空间力触觉信息,引入了实时的力触觉建模算法。当用户穿戴该装置在图像上滑动时,图像的一些特征信息将通过蓝牙与装置通信,包括每个像素点的形状高度和图像的边缘轮廓信息,能够使用户获得丰富的力触觉感受。最后,进行力触觉交互实验来评估该装置在表达触摸屏中图像的高度、轮廓和纹理等方面的性能。     

时延遥操作的主端命令预测波控制

在传统的波控制器的基础上,用线性两点预测与五点二次预测凸联合的方法对主端的命令与反馈力进行在线预测。仿真结果表明,只要对时延的辨识足够精确,该方法能够在保证系统稳定的前提下一定程度上提高系统的操作性能。     

基于多DSP的混合式结构自主移动机器人设计

分析了自主移动机器人的功能需求,提出了一种以TMS320F2812、TMS320DM642、TMS320VC5510为微处理器的混合式结构自主移动机器人设计方案。同时对多DSP间高速通信方案进行了探讨,对各处理器在系统中的功能和任务进行了分析。     

一种双倾斜式全驱动六旋翼无人机的建模与控制

常规旋翼无人机大都采用共线设计,只能产生竖直方向的推力,极大地限制了旋翼无人机在涉及物理交互任务时的应 用。 针对此问题,研究了一种双倾斜式全驱动六旋翼无人机,采用旋翼转轴非共线的设计方法,可以实现位置与姿态的独立控 制。 提出了一种抑制抖振的改进型积分滑模控制器,并与 PID 控制器、积分反演控制器和传统积分滑模控制器进行对比。 仿真 结果表明,所提出的改进型积分滑模控制器能够实现旋翼无人机位置与姿态的独立控制,并能够有效克服自身模型参数的不确 定性以及外部的风场扰动完成定点悬停与复杂的轨迹跟踪。 实物样机实验结果表明,该设计的全驱动旋翼无人机在长距离横 向运动时能够保持水平姿态, 俯仰角和滚转角误差控制在±2°以内。     

超声电机驱动的二轴机械臂控制系统

超声电机相对于传统的电磁驱动电机具有低速大转矩、无电磁干扰、响应快、无输入自锁、可直接驱动负载等许多优点,更能适应工业机器人机械臂的控制灵敏、体积小、定位精度高等控制要求.笔者针对基于超声电机的二轴机械臂的定位控制系统制作了硬件驱动电路和控制软件,并通过实验证明了该硬件驱动电路和控制软件的有效性,实现了超声电机驱动的二轴机械臂的快速、精确定位控制.     

基于小波包模糊推理的上肢康复机器人智能专家系统

针对目前上肢运动训练康复机器人缺少对患肢训练模式智能处方诊断的现状,提出了全新的基于小波包模糊推理的上肢康复机器人智能专家系统诊断方法.该方法在智能专家诊断过程中首先根据患肢在水平和垂直方向上的被动运动位置跟踪误差,通过小波包分解提取患肢运动性能特征,然后根据两个方向上的运动性能特征值并运用专家知识,通过模糊逻辑推理诊断该患肢适合的康复运动训练类型.临床实验结果表明,该方法能够较准确地实现不同病情患肢的运动训练模式处方诊断,有助于提高康复机器人的临床智能化水平.     

插装阀三通回路在25T外导式铸造机液压系统中的设计应用

全面介绍了25T外导式液压铸造机液压系统工作原理,对引锭头升降和炉盖倾翻进行了详细的分析,对插装阀三通回路在该铸造机上的使用特点进行了阐述.     

力觉临场感遥操作机器人技术研究进展

人机交互式机器人作为最具实用价值的特种机器人已成为当前机器人学研究的前沿和热点.临场感(telepresence)技术是人机交互的核心.对临场感遥操作机器人技术的发展和现状作了回顾,对力觉临场感谣操作机器人的三大关键技术:传感技术、力反馈与触觉再现技术、大时延下的虚拟预测环境建模技术等进行了综述;对临场感遥操作机器人技术的最新前沿即基于生物电信息的人机交互技术进行了介绍;最后并介绍了东南大学仪器科学与工程学院机器人传感与控制研究所近10年来开展临场感遥操作机器人技术研究及应用所取得的成果.     

具有简单孔洞结构柔性体的力/触觉框架模型

针对具有简单孔洞的柔性体提出了一种基于框架结构的力/触觉变形模型。此模型以外力接触端为公共端,根据内部孔的位置和形状构建框架。整体框架由一个或多个钢架组成,每根钢架可为单杆件或多杆件结构。当外力作用时,运用虚功原理和Bernoulli-Euler定理求得钢架节点和虚拟固定端的变形位移,从而得到框架的变形,通过框架变形插值求解柔性体全局变形。实验结果表明,该模型方法简单,实时性好,在具体的虚拟建模力反馈工作中可操作性强。