基于Kinect的双臂机器人动作模拟与轨迹规划

提出了一种基于Kinect的双臂机器人动作模拟与轨迹规划的方法。运用空间向量法计算出人体关节转动角度,通过建立人体关节与机器人关节的映射关系,将体感设备采集到的人体骨骼信息通过无线方式将控制命令传输给机器人,实现机器人的动作模拟。机器人的轨迹规划通过使用体感设备采集手臂末端位姿及运动轨迹,通过逆运动学求解,实现机器人手臂沿相同位姿运动。最后,通过仿真和实验验证了所提出方法的有效性。     

家居人形机器人多自由度手臂运动仿真

设计研发了家居人形机器人多自由度手臂,用D-H(Denarit-Hartenberg)法建立了手臂末端位姿变换矩阵及位姿方程.采用微型直流减速电机作为手臂关节驱动输入,根据实测微电机的电流-电压波形确定手臂运动仿真的输入电机特性,应用ADAMS(automatic dynamic analysis of mechanical system)进行多自由度手臂运动仿真.仿真计算了微型直流减速电机的扭矩、电流、转速特性,以及在此特性情况下手臂末端的位移、角速度、角加速度变化曲线.在此基础上,改变手臂各个关节质量以及质心位置的设计,仿真得出改变设计对手臂末端的角速度、角加速度的影响,为应用微型直流减速电机作为家居人形机器人手臂关节驱动及控制提供技术基础.     

基于BVH的驾驶动作捕捉数据研究

提出基于BVH的驾驶动作捕捉数据初步研究方法. 详细解析BVH文件格式特征以及文件中每个数据的表达内容;利用驾驶动作捕捉数据建立了驾驶员在保持驾驶姿势情况下的坐标系统;结合正向运动学方法对动作数据进行处理. 通过动作数据分析以及矩阵的变换将抽象的动作数据转换为具体的空间绝对坐标数据,并建立了量化描述驾驶动作的方法,为进一步研究驾驶动作及分析驾驶行为等提供了运动参数.     

外骨骼式上肢康复机器人的轨迹规划及仿真

针对四自由度外骨骼式上肢康复机器人的运动需求,基于D-H参数法对其进行正/逆向运动学求解,并根据机器人微分运动学,建立表达关节空间的角速度与末端手在笛卡尔空间的线速度之间速度关系对应的雅可比矩阵,实现了末端手在笛卡尔空间的轨迹规划与运动描述,并通过MATLAB仿真验证了该机械臂运动关系的正确性。     

基于运动块及关键帧的人体动作识别

为了进行动作识别,需要提取能够充分表征动作的运动、时间、空间及形状信息的特征.本文首先从动作的运动特性出发,采用基于图聚类的方法对人体的运动区域进行分割,并通过计算运动块的熵值选出由运动方向一致的运动点构成的运动块.通过建立混合高斯模型对运动块的时空三维位置及运动方向进行特征表示,得到运动描述符.同时,通过比较前后帧中运动块的变化提取关键帧,然后基于词袋框架进一步筛选关键帧,并采用梯度直方图对动作的形状信息进行特征表示,得到形状描述符.通过线性组合运动描述符及形状描述符,得到充分包含动作的运动、时间、空间及形状信息的联合描述符,并采用最近邻分类器进行动作识别.该算法在KTH和UCF运动数据集上较当前方法取得更好识别效果.     

五自由度机器人手臂运动学研究

依据五自由度机器人手臂模型,用常规的D-H表示法建立了各连杆间关节坐标系,并写出了手臂末端执行器相对于基础坐标系空间描述的运动学方程,利用代数法依次求解出逆运动学方程,完成了对机器人手臂的运动学分析.     

基于惯性动作捕捉的主从遥操作关节空间直接控制方法

为了克服传统主从遥操作方法需要进行大量的正/逆运动学解算且操作复杂、不直观的缺点,利用惯性动作捕捉设备将人体手臂动作信息引入遥操作控制回路中,提出了一种基于惯性动作捕捉的主从遥操作关节空间直接控制方法.然后,提出了一种基于四元数的关节空间非奇异映射算法,用于构建虚拟手臂模型,并利用该模型直接控制远端机器人的关节空间.试验结果表明,该方法可以直接控制远端机器人的关节空间,关节空间控制误差小于0.2°;末端位置控制精度小于10 mm,与基于手控器的传统主从遥操作方法相当.因此,基于惯性动作捕捉的主从遥操作方法不仅可以对远端机器人末端位置进行精确控制,而且可以直接控制远端机器人的关节空间,提高操作者的直观性和灵活性.     

结合运动想象和动作观察的伸-握动作识别方法

为了获取单侧手部在伸-握动作下与运动想象直接相关的脑电信号(EEG)特征并实现精细动作有效识别,提出了结合运动想象和动作观察的单侧手部伸-握动作精细识别方法。首先,设计了结合运动想象和动作观察的复合范式,增强了伸-握动作所对应大脑皮层的激活程度,并探索了在运动想象、运动观察和复合范式下大脑皮层的激活规律;然后利用小波变换重构各个通道EEG并计算相应多尺度熵,并通过共空间模式获取伸-握动作所对应EEG特征;最后,利用线性判别式法从EEG特征中识别"伸开"和"握拳"精细动作。实验结果表明:相比单一实验范式的运动想象或动作观察,该方法在低频(5～20 Hz)时更能有效地激活运动区和枕区的神经元;同时,"伸开"动作对应EEG的多尺度熵明显大于"握拳"动作的熵值,实现了单侧手部伸-握动作精细意图感知,其平均正确率可达85.7%。     

带滑移铰空间机械臂协调运动的自适应分解运动控制

讨论了载体位置不受控制的漂浮基带滑移铰空间机械臂本体姿态与末端抓手惯性空间轨迹协调运动的逆运动学问题.结合系统动量守恒关系进行的系统运动学分析表明,可以将空间机械臂本体姿态与末端抓手惯性空间轨迹协调运动的增广广义Jacob i矩阵表示为一组适当选择的组合惯性参数的线性函数.以此为基础,设计了系统部分参数未知情况下,由本体姿态期望运动及机械臂末端抓手惯性空间期望运动轨迹产生机械臂关节铰期望角速度、角加速度的自适应控制算法.由于充分利用了空间机械臂系统动量守恒的动力学特性,本文提出的方法具有不需要测量、反馈载体基的位置、移动速度及移动加速度的显著优点.系统数值仿真证实了该方法的有效性.     

掷铁饼与技术动作分析

掷铁饼是一项技术性很强的运动,投掷臂动作,左肩动作,左腿动作以及躯干动作对掷铁饼的最后用力有着重要的影响,应充分利用这些技术动作提高投掷成绩。