基于触力觉融合信息的人机交互与柔顺控制方法研究

来源 :河北工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wowo925
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
随着智能机器人技术的不断发展,人机交互已成为一个新的研究领域。赋予机器人强大的交互能力已成为提升人机交互表现的重要前提,尤其是在接触式人机协作中,赋予机器人强大的意图理解能力已成为提升接触式人机协作柔顺性的必由之路。然而,在接触式人机协作中,由于当前柔性皮肤触觉传感器的研究并不成熟,再加上神经电信号(脑电信号、肌电信号)信号微弱、抗干扰性差等缺点的制约,接触式人机协作中的意图理解已成为制约接触式人机交互中机器人柔顺性的关键问题。因此,针对当前接触式人机交互在意图理解和柔顺控制方面所存在的共性问题,本文以人与机器人共同完成轨迹跟随的协作任为背景,进行了基于触力觉融合信息的人机交互与柔顺控制方法研究,研究内容主要包括:(1)接触式人-人协作意图表达方式分析与感知系统设计以人-人协作为出发点,研究人-人协作机理,分析接触式人-人协作意图表达方式,从多方式交互的角度去解决接触式人机协作中的意图理解问题;同时完成了触觉和力觉感知系统的设计,并对触觉传感器进行了性能测试与封装。(2)基于触力觉融合信息的操作意图描述定义与决策生成为了对接触式人机协作中操作者的操作意图进行全面的描述与定义,在采用传统六维力传感信息的基础上,增加了实验室自主研发的电容阵列柔性触觉压力传感器,通过采集人在操作过程中手部抓握图像,根据传感器的压力分布和大小来间接体现人的操作意图;首先,采用多模态信息融合技术来获取、描述与定义操作者的操作意图;然后,采用卷积神经网络对人的操作意图模式进行识别;最后,根据描述与定义的操作意图及操作意图模式识别结果进行决策生成。(3)基于触力觉融合信息的接触式人机协作柔顺控制方法研究在上述操作意图描述定义与决策生成的基础上,提出了一种基于触力觉融合信息的接触式人机协作柔顺控制策略,将能够反映操作意图模式切换的变量引入到控制系统中,设计了一种基于触觉反馈的变导纳控制器,实时调整机器人的虚拟阻尼参数,以响应操作者的控制意图;搭建了基于触觉反馈的变导纳控制实验平台系统,进行了接触式人机协作随动实验。实验结果表明,基于触觉反馈的变导纳控制策略能够较好的“理解”人的操作意图,极大地提升了接触式人机协作的柔顺性。
其他文献
立体光固化成型技术是最早被提出的快速成型技术,是3D打印技术的雏形。经过多年的发展,光固化3D打印技术正在飞速革新,技术已经逐渐成熟。相对于迟迟没有突破性进步的熔融沉积3D打印技术及金属3D打印,立体光固化成型技术发展更为迅速,尤其是近年来提出的CLIP技术3D打印机的打印速度比普通光固化快10倍到100倍。受核心器件和专利制约,国内对于立体光固化技术的研究起步较晚,近年来对立体光固化3D打印技术
共轭聚合物具有优良的光捕获能力、高荧光量子产率及信号放大能力,因此在气体检测及吸附、细胞成像以及光动力治疗癌症等方面被广泛应用。本文利用CO2刺激响应的共轭聚合物(PFBT)和氮化硼(BN)纳米棒构建复合材料,赋予复合材料双重功能,实现对CO2吸附和缓慢释放过程的检测。本论文的研究内容如下:利用共轭聚合物PFBT的CO2响应特征和BN捕获CO2的能力,通过扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)
随着科学技术的发展,机器人表现出了越来越高的智能化水平。机器人可以更加积极的与合作者进行交流以便于完成共同的任务目标。因此,如何实现合作者与机器人之间的有效交互成为了智能控制领域中新的研究问题。赋予智能控制系统人机交互能力以及决策能力是实现合作者与机器人在协同作业下完成任务的必由之路,具有重要的学术价值和实际意义。本课题以合作者与机器人在搬运或者抓取任务中实现点到点的协调柔顺运动为背景。首先,针对
碳纤维复合材料/钛合金叠层材料已广泛应用于现代飞机的高科技部件,该类材料通常采用螺栓或铆钉连接方式形成叠层结构,以便能在减轻质量的同时发挥不同材料的优势,使装备综合性能达到最优,然而两种材料性能的巨大差异导致叠层材料构件制孔难度系数大。传统钻孔无法高效的粉碎并排出高温钛合金切削屑,导致钻孔表面划伤和CFRP层高温烫伤。低频振动辅助钻孔能够降低轴向钻削力,促进钛合金切屑的排除,改善孔的钻削质量。因此
车辆平顺性是汽车重要性能之一。随着消费水平的提高,车企竞争的日益激烈,人们对车辆平顺性提出了更高的要求。橡胶衬套由于具有良好的高弹性能和阻尼效果,起着减振降噪和弥补制造公差的作用,被广泛应用到车辆悬架系统中。国内外对于平顺性的开发和研究大多基于悬架的定位参数、导向结构以及弹簧等方面决定的偏频设计,部件间橡胶衬套连接件的力学特性对于平顺性影响的研究却较少。因此,橡胶衬套力学特性对于平顺性的影响成为研
现代科学技术的进步,特别是对机器人技术的迅猛发展而言,触觉传感器是保证其准确高效工作的关键技术之一。虽然触觉传感器在检测法向力方面的技术较为成熟,取得的成果也较为显著,但是要使机器人能够像人类一样的进行工作,必须使其具备能够检测切向力信息的能力。因此,基于切向力触觉传感器的研究,本文设计两种检测切向力的结构:切向力信号放大结构和切向力位置、方向检测结构,本文主要对设计的两种结构的机理进行研究和实验
我国2017年制造、建筑等劳动密集型产业农民工人数已高达14755万人,其机械自动化程度虽然逐渐提高,针对重、大型物体拥有专业的搬运设备,但是工人仍然需要长期从事10-20Kg重物的重复操作,而这种长期重复操作最终导致了腰椎疾病成为此类工人的重大健康问题。为此,本文针对劳动工人腰椎疾病问题,以腰椎保护为目标,从外骨骼助力入手,以人体腰椎受力为研究对象,通过分析人体腰椎运动生物力学特性得到启发,提出
光学三维测量方法中的结构光投影法测量精度高、速度快、成本低、与被测物体非接触,被广泛应用于生物特征识别、逆向工程、医疗行业、工件检测、文物保护、场景扫描等众多领域。随着高精度投影仪和CCD相机的发展,彩色复合正弦条纹投影技术也得到了广泛的研究和应用。但是由于测量系统软硬件和外部环境的影响,三维成像系统中存在颜色通道间串扰、色差和系统非线性响应误差。这几种误差源会严重降低相位测量的精度,影响被测物体
科学技术的快速发展促进了集成电路的大规模生产,也导致了芯片尺寸的不断缩小。硅片是集成电路中芯片的衬底材料,在要求硅片直径不断增大的同时,也需要其具备良好的微区特性,因此为了满足集成电路的性能要求,对硅片微区电阻率的测量具有非常重要的意义。半导体电阻率会随着测试环境温度的变化而变化,因此,环境温度对硅片电阻率测试的影响不可忽视。根据调查,现有的电阻率测量装置大多没有考虑到温度对电阻率的影响,因此,有
伴随社会的不断发展,废能、废料变多,而大部分废能、废料中仍含有可观的可再生能源,为响应以绿色发展引领能源行业变革的发展理念,课题组针对现有低温余热蒸汽(压力小于0.8MPa、温度低于230℃)回收困难的情况提出一种新式装置,即新型罗茨式发电装置。课题来源于校企合作项目,通过不断分析改良、试验优化罗茨式动力机各项参数以实现其各项工作性能的提高。首先本文对国内外相关研究现状以及近年来本课题组针对罗茨式