面向人机协作的触力觉感知人机接口与意图理解技术研究

来源 :河北工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:woshcn
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
近年来,智能机器人的创新与应用逐渐受到众多科研工作者的关注。作为机器人学与人工智能领域融合的产物,机器人的智能化水平不断提升,拥有了越来越多类似人类的思维和能力。但是受外界因素影响,处理一些实际工作问题时,机器人的决策能力不足,并不能实现全自动化。作业过程中如何处理非结构化现场环境下的复杂性与不确定性仍是当今智能机器人发展的主要挑战。当前实际工作中对于灵活性与多功能性要求相对较高,在较短的时间内改变运动方案、学习新知识等能力是人类比机器人更擅长的事情,此外诸如处理不可预见的问题、手动和创造性技能等人类技能尚未实现与机器设备的融合。因此,利用人机协作的方式将操作者的思路和意图传递给机器人,提高智能化设备处理复杂任务所需的能力和熟练程度将是一种比较合适的方案。触/力觉感知获取和传递触觉和动觉具有抗干扰能力强的特点,将其应用于人机协作中感知意图是当下研究的热点。为了全面、准确地获取和分析人机交互中操作者的意图,本文首先通过分析当前人机协作现状与接触式人机协作的问题,以人人协作意图表达为机理,探索接触式人机协作交互原则与交互方式,建立人-机器人-外部环境之间的信息交互,构建触/力觉意图感知研究方案与接触式人机协作系统模型。其次,自行设计了一种阵列式柔性触觉传感器,用来检测传感器表面压力分布状态,并对所研发的传感器进行了标定试验检测其电容特性。结合3D打印技术,将其封装成一款可实时感知人手抓握状态的触觉手柄。利用此触觉手柄采集操作者抓握意图数据,探索意图理解机理。通过对人手抓握习惯分析,定义了五种抓握状态与两种抓握姿态,建立了触觉手柄与操作意图之间的映射关系。提出了一种Harris特征点定位算法,实现了抓握姿态的判断与定位,并完成了抓握状态的标准化转换。构建抓握意图初始数据集,采用基于卷积神经网络的机器学习方法,通过离线训练、在线分类的方式实现对操作者操作意图的识别与分类,识别率达到97.87%。最后,采用UR协作型机器人作为实验平台,打通了MATLAB与ROS间的接口通信问题,实现了触觉信息采集的实时性。以触觉手柄作为意图感知装置,构建意图-行为映射关系控制UR机器人运动;并利用触觉手柄结合幕墙安装建筑机器人进行板材安装实验,实验表明该触觉手柄具有良好的意图感知效果。
其他文献
无缆水下机器人(AUV)是一种综合了人工智能和其他先进计算技术的海洋装备,在军事和民事领域都有着广阔的应用前景。耐压壳体轻量化可以减少能耗,提升AUV的续航能力,在保证耐压壳体安全性能的同时又实现轻量化对于AUV的发展有着重要的促进意义。本文基于有限元方法和代理模型理论,对AUV耐压壳体进行了优化设计,并在此基础上基于统计学原理进行了强度可靠性分析,最后对所设计的轻质耐压壳体进行了装配。本文的主要
学位
定位导航是汽车走向智能化必不可少的重要模块,目前汽车在外部环境中的定位已发展到了比较成熟的阶段。相比之下,在内部环境中比如地下车库等,由于没有GPS的辅助导致汽车的定位在精度方面大打折扣,所以基于传感器的定位成为了解决地下车库车辆定位问题的重点研究方向。论文针对在地下车库汽车定位中所面临的一系列问题展开研究,在传感器选择方面采用成本较低的单目相机和惯性测量单元IMU,从两个角度为出发点改进VINS
学位
陶瓷材料具有良好的化学和物理性能以及成本低、无污染等优越性,目前已在多种领域得到了广泛应用。然而不同的领域对于陶瓷性能和结构的要求各不相同,许多领域存在着陶瓷零件制作困难的问题。传统成形方法成本高、开发周期长,不能满足快速加工和个性化定制的市场需求。3D打印技术可以很好地解决陶瓷制件制造过程中存在的上述问题。但是,目前用于成形陶瓷制件的材料挤出成形工艺普遍存在着打印过程不稳定、成形精度较差等不足之
学位
机器人对提高智能制造水平具有非常重要的意义,已成为各国科技发展的重要战略。然而,国产机器人的关键性能指标如轨迹跟踪精度、稳定性和可靠性等与国外同类产品相距甚远,严重制约了国产机器人在高精密加工制造等领域的发展和应用。由于机器人关节复杂的非线性摩擦现象是机器人轨迹跟踪精度的关键影响因素之一。因此,本文系统地研究了机器人关节摩擦的非线性特性及其对末端轨迹精度的影响规律;提出了普适性较强的关节非线性摩擦
学位
空间桁架展开机构是大型航天器实现在轨建造与装配的关键部件。而我国现阶段对大尺度、大收缩比的桁架展开机构需求量越来越大,结构要求越来越复杂,迫切需要掌握大型桁架展开机构的设计与仿真能力。航天器大型桁架展开机构具有特征尺寸量级大、结构复杂、铰间隙数量众多且接触碰撞剧烈等特点,通过建立基于共形接触的航天器桁架展开机构动力学模型,研究桁架展开机构在展开过程中的动态特性。为大型航天桁架可展开机构的设计及仿真
学位
精密和超精密加工技术,是衡量一个国家制造业水平的重要标志。而电主轴单元作为高档数控机床的核心部件,其末端热误差严重影响着数控机床的加工精度及精度稳定性。电主轴单元在加工运行状态时,其末端热误差不仅受到电主轴单元内部结构生热的影响,还与加工环境温度的不稳定性密切相关。针对这些问题,本文基于循环冷却液换热方式构建出了一种电主轴单元结构温度主动控制策略,通过试验验证了该主动控制策略的有效性。最后以试验数
学位
技术系统进化定律是从大量的技术系统进化历史过程中归纳出来的,揭示了技术系统进化的客观规律。科学使用技术系统进化定律能够主动预测技术的发展趋势,避免盲目试错,降低研发成本,使企业在激烈的市场竞争中处于有利地位。引导进化理论提供了一种利用进化定律的方法,以主动的方式挖掘产品可能的进化状态,强调从一组全面的场景中选择出最具进化潜力的场景,以确保企业的市场竞争力,为产品的创新提供指导。虽然相关文献提出了引
学位
近年来,中国汽车行业迅猛发展,国内汽车保有量逐年提升,停车位不足的问题日益严重,停车场拥挤不堪在各个城市已成常态,加之泊车本身操作难度高,自动泊车系统的需求越来越大。结合目前自动泊车系统领域的研究现状,选择从路径规划与路径跟踪控制两方面开展对自动泊车系统的研究。首先,提出基于车辆运动学模型与五次多项式的路径规划方法。建立车辆运动学模型,为路径规划提供车辆运动学约束,同时为自动泊车路径规划的碰撞分析
学位
助力型下肢外骨骼机器人系统是一种人机协作式的机器人运动系统,可以帮助人体进行运动,为其提供外力支持,减轻人体的负担,它被广泛应用于我国的军事、医学以及工业。准确识别人的意图是进行外骨骼机器人精确控制的关键环节。当前,对人体的步态识别及意图感知主要基于姿态传感器和足底压力传感器,但是也存在诸如压力传感器收集信息不完整、未充分结合仿真验证、识别精度低之类的问题。本课题基于柔性压力传感器设计了一套足底压
学位
以步态丰富、结构冗余为突出特征的六足机器人运动灵活、可靠性高,凭借足端与地形“离散接触、适时转移”独特驱动模式,具备卓越的地形适应能力,在国民经济与国防建设关键领域中不可替代作用日益凸显。多足协调控制作为六足机器人运动规划的核心,重点解决足端在落足点间高效转移与机体位姿动态调整两大难题,是实现机器人动态柔顺运动的关键。然而,受限于精准地形感知、自由步态规划、关节协同控制等瓶颈问题,现有多足协调控制
学位