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脊柱微创主从式手术机器人阻抗控制系统研制
脊柱微创手术 力反馈 阻抗控制 主从式手术机器人
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2017/11/30
针对面向脊柱微创手术的机器人系统，提出了适用于双系统的阻抗控制策略，开展了相关的理论分析和实验验证研究．首先通过运动学计算得出末端执行器到关节角的关系，然后通过阻抗关系模型推导得出力与位置之间的转化公式，最后通过位置控制计算每个关节角的实际位置．本文解决了力和位置控制难以协调这一关键问题，提高了脊柱微创手术机器人力和位置控制的精确性，保证了主手和从手之间位置和力的一致性，使得从手的状态在主手得以精...
基于模糊强化学习的微创外科手术机械臂人机交互方法
微创外科手术机器人 人机力交互 强化学习 自适应导纳控制
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2017/11/30
为实现微创外科手术机器人的手术姿态调整，提出一种基于模糊强化学习的变导纳人机力交互模型．通过在线学习的方式将人的操作特性考虑到人机力交互过程之中，并能够自适应地调整导纳控制模型以响应操作者的控制意图．通过自行研制的微创外科手术机器人样机进行相关的实验验证，实验结果表明基于模糊Sarsa (λ)学习的变导纳控制模型可实现柔顺自然的机械臂摆位操作，能够满足力交互过程中各阶段的阻尼变化需求，具有较高的可...
机器人在未知复杂环境下作业时，有从高处跌落的风险，所以需要考虑其空中的姿态调整能力，减轻由错误的着陆方式造成的伤害．当猫从高空坠落时，它总能通过自身调整安全落地．受这一生物学现象启发，通过研究猫能够安全落地的第一阶段，姿态调整阶段，首次提出以时间最优方式研究落猫机器人最优下落轨迹问题．首先利用轴对称双刚体模型导出机器人的数学模型，因为角速度不可积，将落猫机器人的姿态控制问题转变成非完整系统的运动规...
机器鼠的仿鼠运动程度评估
机器鼠 运动性能评估 运动相似性评估
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2017/11/30
在仿生机器鼠与实验鼠行为交互实验中，需要机器鼠能够在形态和动作行为上都非常接近实验鼠．为此，对先前研制出的仿生机器鼠硬件进行了优化改进，使其在形态上更接近实验鼠．使用最大俯仰角（MPA）和最大到达高度（MRH）、最大弯曲角（MBA）和最小弯曲距离（MBD）4个参数来评估机器鼠的动作基元：俯仰和偏航运动．实验结果表明，改进后的机器鼠具有良好的俯仰运动性能，偏航运动还需要完善．然后，结合基于俯仰角和弯...
针对特殊的水下目标跟踪环境（强杂波干扰），提出一种高效的目标轨迹终结方法：基于量测位置分布统计的轨迹终结方法．目标消失前后，目标轨迹的一些关键信息统计特征发生显著变化，如量测位置分布．基于此原理，依据量测位置分布的变化情况能有效区分虚假轨迹与真实目标轨迹，进而确定目标是否消失．基于量测位置分布统计的轨迹终结方法适用于高密度杂波环境．仿真与分析表明此轨迹终结方法提高了虚假轨迹的删除概率，减小了目标轨...
为了研究仿生水翼推进性能，设计了一种2自由度振荡水翼推进装置．实现了基于升力/阻力模式的2种振荡水翼推进方式．研制了振荡水翼推进性能实验平台，在循环水池环境下完成了不同参数耦合情况下振荡水翼推进性能实验．利用6轴力传感器测量水翼振荡时产生的推力/升力，并将实验结果与数值模拟结果对比，分析不同参数对推进性能的影响．实验结果表明，在升力推进模式下，增加拍旋运动幅值和振荡频率可以提高平均推力；随着位旋运...
基于质心运动状态的双足机器人欠驱动步行稳定控制
欠驱动步行 前馈控制 质心运动状态 步行试验
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2017/11/30
针对双足机器人欠驱动步行稳定控制问题，提出一种基于机器人质心（CoM）运动状态的前馈控制策略．首先，根据步行速度与步行稳定性的关系，提出一种基于步行速度的欠驱动步行稳定性直观表述并给予数学定义：如果机器人步行速度能够始终收敛于一个已被证明可维持步行的速度，则机器人步行处于稳定状态；然后，基于该直观表述的数学定义和人类变速步行时的步态特征，提出一种基于质心运动状态的前馈控制策略，控制策略以机器人质心...
针对传统算法模型先检测、后识别、再定位导致执行效率较差的问题，提出了一种基于协同显著性检测的服务机器人空间物体快速定位方法．利用RGB-D传感器获取N对包含待定位物体的RGB图像与深度图像，将待定位物体看作协同显著性目标，在RGB图像中充分挖掘单幅图像显著性传播机理，构建基于图像间显著性传播和图像内流形排序的两阶段引导协同显著性检测模型，同时排除背景和非协同显著性物体，得到协同显著性物体区域的像素...
基于时延预测的遥操作机器人预测显示方法
大时变时延 遥操作 预测显示 时延预测
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2017/11/30
为了解决大时变时延遥操作系统的预测显示问题，提出了一种基于时延预测的预测显示算法，该算法把时变时延在时间维度上对主从控制信号的拉伸和压缩作用看作是系统扰动，并利用时延在线预测结果对该扰动进行前馈补偿．首先，对基于预测显示的遥操作系统进行动力学建模，并计算出了包含时延扰动的预测显示机器人的期望控制量．然后，以时延组成最为复杂的空间遥操作系统为例，分析了遥操作系统通讯时延的产生机理，并根据其产生机理、...
为减小机器人在执行轨迹跟踪任务过程中末端产生的位姿误差，在建立机器人轨迹纠偏系统模型的基础上，提出了一种积分型纠偏控制器实现方案．该方案直接在机器人的关节空间上对误差进行补偿．基于前述模型和一系列假设，首先从数学上证明了比例－积分纠偏控制器能够使纠偏误差以负指数收敛，进而说明积分型纠偏控制器的有效性．实验结果表明：通过设置合适的参数，在初始轨迹最大偏差为8mm的情况下，纠偏控制后偏差均方根值小于0...
平夹自适应欠驱动手的参数优化与稳定性分析
欠驱动手 复合抓取 平夹自适应抓取 抓取稳定性
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2017/11/30
针对欠驱动多模式抓取问题，提出了一种具有平夹自适应复合抓取模式的8自由度机械手（PASA手）．为了研究PASA手的抓取性能，提出了抓取姿态与稳定性分析模型．根据被抓取物体的位置、尺寸和大小的不同，PASA手能够执行平夹（PA）用于精确抓取，自适应包络用于力量型抓取，或者像人手那样既能平夹又能自适应抓取（PASA）．不同抓取模式之间的切换是自动且自适应的．详细讨论了PASA手的运动、抓取力分布和在不...
针对现有蛇形机械臂驱动机构繁琐、整机体积过大、模型建立复杂等问题，设计了一种新型蛇形机械臂．采用杠杆型驱动结构，利用1个伺服电机同时控制2根驱动绳索，从而减少驱动数量、降低能耗．利用正交关节实现位置闭环控制，简化运动学模型．同时，针对蛇形机械臂的不同工作环境，提出尖顶从动控制策略及基于位置闭环的控制方法．前者提高了机械臂的柔顺性，控制简单；后者实现了机械臂的空间重复定位．最后，通过实验证明了所设计...
研究了如何利用软体机器人空间运动的冗余性，解决控制末端位置时环境中存在障碍物的问题．首先建立了软体机器人的运动学分段常曲率模型，设计了实现实时避障和末端位置控制双重任务的控制算法．算法中在障碍区周围划分警戒区，基于机械臂上标记点的位置反馈，分别给出末端无碰撞风险时的运动策略，以及当末端和中间点进入警戒区时的运动策略，并利用雅可比矩阵的广义逆求出应施加的控制变量．利用李亚普诺夫定理证明了逆雅可比法控...
空间大型机械臂末端12维传感器设计及应用
空间机械臂 12维传感器 标定 加速度控制
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2017/11/30
针对空间大型机械臂，设计了12维传感器，在6维力/力矩传感器基础上一体化设计了6维加速度传感器，并集成了基于FPGA（现场可编程门阵列）的高速多通道数据采集系统．采用最小二乘法和静、动态标定方式对力矩和加速度传感器分别进行了标定．设计的传感器具有维间耦合小、集成度高、易于安装、可靠性高等优点．最后，将设计的12维传感器安装在大型机械臂末端，进行了残余振动抑制试验．实验结果表明，利用此12维传感器的...
ROBOTICS AND VIRTUAL REALITY FOR CULTURAL HERITAGE DIGITIZATION AND FRUITION
Digitization Robotics Virtual Reality Archaeological Data Management
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2017/6/20
In this paper we present our novel approach for acquiring and managing digital models of archaeological sites, and the visualization techniques used to showcase them. In particular, we will demonstrat...