协同虚拟维修过程中的虚拟人体维修操作控制

针对操作人员难以在有限的光学运动捕捉设备捕捉范围内自由运动的问题,开展了协同虚拟维修过程中的虚拟人体维修操作控制研究。基于光学运动捕捉设备对操作人员的下肢动作进行捕捉,根据实时识别结果控制虚拟人体进行大范围运动。针对维修操作过程中的虚拟人体手部运动控制,分析了虚拟人体的手部交互过程,提出了一种基于动态贝叶斯网络的维修操作智能辅助方法。以某液压缸协同式虚拟维修操作仿真平台为例验证了方法的有效性。该方法实现了对虚拟人体维修操作过程的有效控制,具有实时性好、交互性与感知性强等优点。     

基于光学运动捕捉数据的虚拟人下肢运动控制方法

由于被动式光学运动捕捉设备只能捕捉人体关键关节的运动信息,介绍了一种简化的虚拟人体骨架结构模型;在此基础上根据光学运动捕捉数据的获取过程,分析了虚拟人体运动数据误差的来源。重点针对由于运动捕捉数据连续性不足造成的虚拟人下肢运动连续性差等问题,为加强对虚拟人运动过程的控制,提出一种对关键关节点运动数据平滑处理,再基于逆向运动学计算下肢运动链其它关节点运动信息的运动控制方法。通过实验和分动箱虚拟维修训练平台证明了该方法的有效性和实用性。     

三维地形中人体运动生成方法

给出了一种适应于三维地形的虚拟人体运动控制方法。首先提出了一种新的足迹生成方法，然后以足迹作为约束，基于简化的三段运动模型，分别用不同的方法生成各部分运动：用曲线拟合身体质心运动轨迹；采用增加约束条件的逆运动学方法生成下肢运动；采用正向运动学插值方法生成上肢运动。综合人体的质心运动、下肢运动和上肢运动，合成了和谐的人体运动。最后，介绍了部分实现与实验结果。实验表明，该方法实时性好，逼真性高，适用于实现复杂三维地形环境中实时三维人体运动的生成与控制。     

RRT方法在人体动作规划仿真中的应用

在人机工效学中经常需要对人体的动作进行规划,用以评估产品的设计是否符合人机工效学,但是由于人体关节的冗余自由度使计算到达目标点的人体的动力学方法为非线性规划,无法求得最优解.提出了一种改进的RRT算法,用于计算满足给定约束条件的人体从目标点到达目的点的动作轨迹.该算法改进了其以往仅能根据简单动力学计算单质点物体运动属性的特点,并结合了精确的随机数生成和碰撞检测方法,根据多关节连接图形的特点重新设计了运动数据的存储结构和内容.改进的RRT算法可以直接应用于人体和机器人的动力学动作规划.     

基于数据手套的虚拟操作技术研究

介绍了虚拟操作的概念和应用前景，以及实现虚拟操作的方法，并探讨了利用动力学分析的方法实现基于数据手套的虚拟操作时的关键技术问题，碰撞检疫算法，建立虚拟接触力模型，虚拟物体运动解算等。     

虚拟人运动生成与控制技术综述

虚拟人在游戏娱乐、教育培训及虚拟试验等领域都有着巨大的应用需求。由于人体运动系统的冗余性、主动性和底层运动机理的复杂性,虚拟人的特定运动生成与控制技术成为当前虚拟现实和计算机动画应用领域的热点与难点问题。在参阅大量相关文献的基础上,对各种虚拟人运动生成与控制方法进行了分类总结,可为深入研究虚拟人的运动控制提供有益参考。首先对虚拟人运动生成与控制技术的应用发展情况进行了分类概要介绍;然后从内部机理和外部行为两个侧面简要介绍了人体运动系统的建模仿真方法;随后对虚拟人运动生成与控制技术的常用方法进行了分类介绍,并进行了对比分析;最后,分析了该领域的难点技术,对其相关的最新研究进展进行了详细的分析介绍,并对其研究前景进行了展望。     

多无人机协同运动的虚拟队形制导控制

针对多个无人机的协同运动问题,提出一种多无人机协同运动的虚拟队形制导控制方法。该方法采用跟随-领航者法,借鉴虚拟结构法的思路,首先,根据航路点数据和协同任务队形结构在线规划出虚拟队形期望航路,避免了虚拟结构法刚性结构的缺点;然后,设计非线性航路跟随制导律,导引无人机沿期望航路运动,完成对虚拟队形期望航路的跟踪;第三,基于Lyapunov稳定性理论设计了队形误差控制器,用来补偿由于航路机动带来的航迹切向队形误差;最后,综合制导律和队形误差控制器得到协同运动控制指令。仿真算例表明,该方法能有效实现多个无人机的协同运动。     

基于坐标下降和偏移映射的运动编辑与重定向

提出了一种基于坐标下降和偏移映射的人体运动编辑与重定向方法,使角色运动适用于虚拟场景。采用加入生理限制的循环坐标下降算法自动求解约束帧目标姿态,在约束帧附近通过构造运动偏移映射曲线的方法对运动进行自动平滑处理。实验结果表明,该方法较为完整的很好的保留了原始运动的特征,且重定向得到的运动较为平滑自然。     

视觉伺服空间机器人运动硬件仿真研究

对空间机器人操作臂与安装平台之间耦合关系进行了分析,建立了空间机器人各关键部件的模拟器,并组建起硬件仿真试验平台.基于该平台对空间机器人运动控制特性进行了研究,建立了基于视觉反馈的运动规划算法和关节电机闭环控制模型.对仿真过程中的延时环节进行了分析,并采用Smith预估的方法对系统延时进行了补偿.系统自主捕获仿真试验试结果表明,所采用运动控制算法能够稳定收敛于目标,仿真平台能够较好的完成对机器人控制和通讯能力的模拟测试及系统控制算法的验证.     

多新息最小二乘法辨识水下机器人动力学模型

水下机器人动力学模型辨识是水下机器人运动控制、状态监测和系统设计开发的基础.把6自由度动力学模型适当简化,给出Falcon水下机器人的动力学模型,在最小二乘算法(LS)和递推最小二乘算法(RLS)的基础上,提出基于多新总最小二乘算法(MILS)的水下机器人动力学模型辨识方法,最后给出MILS辨识算法、RLS算法和LS辨识算法仿真实验结果,证明所提算法的可行性与优越性.利用多新息最小二乘算法得到的水下机器人动力学模型参数更接近于理想参数,能够更好的描述水下机器人的动态特性,对于水下机器人的操纵与自适应控制的研究有较大的实际意义.     

基于Loop细分曲面的虚拟人跑动仿真

细分曲面方法作为一种简单有效的三维造型方法得到了广泛的应用。首先对Loop细分曲面方法进行了简要介绍。然后分析了在造型时Loop细分方法存在使曲面过于光滑的问题，通过对细分规则的修改解决这个问题。最后以逆运动学和动力学相结合的方法，通过应用改进后的Loop细分曲面方法得到了逼真的虚拟人跑动仿真结果。试验结果说明所用方法的可行性。     

航天员舱外活动计算机动态仿真

详细阐述了应用计算多刚体系统动力学仿真航天员舱外活动EVA（Extra Vehicular Activity)的步骤，介绍了多刚体统系动力学的中Kane方法的基本原理，分析了Kane方法应用在EVA仿真中的可行性，介绍了反向运动学和反向动力学的基本概念，选取STS-63飞行中的一次任务，在对其进行适当简化的基础上，建立了航天员7节段6自由度的人体模型，利用Kane方法和反向运动学和反向动力学对模型进行了求解，对结果进行了分析，并得出结论。     

机械手逆运动学神经网络建模与仿真

采用多层前向神经网络来建立机械手逆运动学模型。在分析了用简单遗传算法学习神经网络存在求解速度慢、精度低及有量化误差等缺点的基础上,提出采用改进遗传算法来学习神经网络,用于机械手逆运动学求解。此方法采用实数值编码,并采取动态变异操作。仿真结果表明,该方法有效地弥补了简单遗传算法的不足,能快速达到全局收敛,从而大大提高了机械手逆运动学求解的精度。     

一种基于逆动力学模糊规则的自适应控制方法

将模糊控制规则归结为控制对象的逆动力学过程模糊辨识问题,提出了一种基于逆动力学过程模糊规则模型的控制算法,通过控制对象逆动力学过程模糊规则模型离线辨识,直接产生形成与控制对象运动规律相适应的初始控制规则,并根据对象逆动力学过程模糊规则模型在线辨识结果,对控制规则进行在线调整.仿真结果表明,所设计的模糊控制器具有良好的控制效果与适应性.     

基于神经网络的直流电动机实时跟踪控制

研究了三层对角回归神经网络(DRNN)用于直流电动机实时控制的方法.首先采用动态反传算法训练神经网络以辨识直流电动机的逆模型,然后将这一训练后的网络作为前馈控制器与常规反馈控制器一起输出控制电压,以控制系统跟踪位置或速度指令.该算法简单、计算量小,适于实时控制.仿真结果表明了该方法的有效性.     

航天器姿态的神经网络动态逆控制

针对航天器姿态系统,提出了一种基于自适应神经网络动态逆的控制算法。该算法针对滚转、俯仰和偏航三个姿态子系统,设计了两组神经网络:第一组是BP网络,用来逼近三个姿态通道的非线性项,可获得姿态逆模型;第二组是非线性自适应神经网络,用于在线实时地补偿逆模型存在的误差和外加干扰。详细分析了非线性自适应神经网络的拓扑结构、学习规则和调整算法。给出了应用该算法的具体实例,通过仿真实验证明该算法的有效性。     

带驱动直流电机两轮机器人运动系统仿真

在两轮轮式机器人运动学特性以及直流电机系统的实际响应特性的基础上,分析了实际机器人的各个子系统.根据两轮机器人运动学特性建立了机器人运动模块,采用简化了的直流电机系统模型建立了电机及驱动模块,建立了给定限幅模块.这些模块构成了完整的带双闭环驱动直流电机系统的两轮机器人运动仿真系统.以RoboCup足球机器人系统作为验证平台,将提出的仿真系统、只采用理想运动学模型的仿真系统,带有二阶电机系统模型的仿真系统和实际系统四者的运行结果进行了对比.实验表明提出的仿真系统能更为有效地反映实际系统的运行情况,可以用于实际系统控制算法的仿真设计.     

无模型控制方法在直线电机控制中的仿真研究

将基于偏格式线性化的非线性系统无模型学习自适应控制方法应用在直线电机的速度和位置控制中．控制器的设计是直接基于称为伪偏导数的向量，伪偏导数是通过新型参数估计算法，根据给出的永磁直流直线电机非线性系统模型的输入输出信息在线导出的。利用Matlab软件进行仿真实验证明了该方法对电机这种具有不确知动态的非线性系统的有效性和稳定性。     

新型六旋翼飞行器的轨迹跟踪控制

针对新型六旋翼飞行器,提出一种轨迹跟踪控制策略。首先,给出了六旋翼飞行器的运动学模型和动力学模型,同时给出存在复合干扰情况下的运动学模型,并提出了一种新的复合干扰估计算法,该算法是由干扰估计误差驱动而非传统的状态跟踪或者预测误差。随后,设计了飞行器动力学和运动学模型的backstepping控制器,在动力学模型的控制器设计中将指令滤波和线性跟踪微分器用于其中,以提高系统对控制指令的响应速度。最后,通过仿真验证实验,验证了所提干扰估计算法和轨迹跟踪策略的正确性和有效性。     

数字运动员人体模型及其仿真研究

提出了数字运动员的概念，讨论了基于树型的人体结构模型及其逆运动学和动力学模型，最后结合举重运动员的抓举动作介绍了一种基于知识的数字运动员的新型的人体模型的仿真系统结构，其可以很好地解决关节空间的冗余参数的优化问题。