以人为中心的机器人系统的人机交互技术

以人为中心的机器人系统(HCR)强调以人为本、人机合作的思想，主要用于动态、非结构化的环境和必需有人机共同完成的任务。笔者提出了基于穿戴计算的人机接口，使HCR的人机交互不受时间、空间的限制。通过增强现实，机器人的状态、报警等重要信息成为输出通道传输的重点，有效地减少了对信息传输带宽和再现信息的资源占用，减轻操作者的负担，进而提高HCR操作者对本地状态的意识和对远程环境的感知。通过并行、互补的多通道及整合、融合多个输入信息的方法，消除信息的多又性和噪声，从根本上克服当前人机交互的输入瓶颈，实现更加高效、人性化的HCR人机交互。     

“深圳智造”用实力彰显中国制造风采

正近3年来,深圳市政府在机器人、智能装备等高端制造装备产业,相继出台了《深圳市机器人、可穿戴设备和智能装备产业发展规划(2014-2020年)》《深圳市机器人、可穿戴设备和智能装备产业发展政策》《深圳实施机器人和智能装备产业2015年第五批扶持计划》及《关于组织实施深圳市机器人、可穿戴设备和智能装备产业2016年第7批扶持     

网络远程机器人学及其应用

根据远程机器人控制的新趋势，研究了Internet远程机器人学需要解决的一些关键技术，如：网络的智能分布计算、人与计算机接口、网络与机器人接口等，对其目前的发展状况进行了综述。结合目前网络软件开发的新动向，讨论了中件技术CORBA在解决Internet远程机器人学问题中所起的作用，以及利用Java编程语言控制远程机器人和提高其系统性能的有效途径。探讨了Internet远程机器人学的应用前景，并指出网络远程机器人控制的未来发展趋势是以人为中心的人－机智能相互补充、相互协调的合作机制。     

基于Web Service的电梯远程监控

针对电梯远程监控系统中信息的多样性、复杂性等问题,提出一种基于Web Services的电梯远程监控系统.将电梯远程监控中现场设备的控制和数据接口以Web Service的形式发布,从而使现场设备的控制与数据交换变成了标准的Web Service方法调用,消除了不同设备之间接口的异构性,实现了跨语言和平台无关,使得设备的集成更加容易.     

导航设备监控接口的研究与设计

针对导航设备远程监控系统在设计过程中存在的导航设备无法直接联入网络,以及导航设备输出数据格式不一的问题,利用物联网的思想,以嵌入式微处理器为主控芯片设计了专用的导航设备接口系统,使得导航设备能够连接网络。通过制定统一的导航设备输出信息协议,规范导航设备的数据格式。利用实验电路对设计的接口系统主要功能进行了测试,并对接口电路的硬件部分以及软件流程图进行了详细阐述。实验表明该接口系统能够使导航设备顺利地接入网络并解决通信格式不一的问题。     

导航设备监控接口的研究与设计

针对导航设备远程监控系统在设计过程中存在的导航设备无法直接联入网络,以及导航设备输出数据格式不一的问题,利用物联网的思想,以嵌入式微处理器为主控芯片设计了专用的导航设备接口系统,使得导航设备能够连接网络。通过制定统一的导航设备输出信息协议,规范导航设备的数据格式。利用实验电路对设计的接口系统主要功能进行了测试,并对接口电路的硬件部分以及软件流程图进行了详细阐述。实验表明该接口系统能够使导航设备顺利地接入网络并解决通信格式不一的问题。     

基于接触力信息的可穿戴型下肢助力机器人传感系统研究

为了从人机系统的交互运动信息获取人体下肢的运动意图,从而实现为操作者提供助力的目的,对可穿戴型下肢助力机器人感知系统进行了理论分析和技术实现.在分析整个机器人系统控制所需要的交互信息的基础上,设计了一套基于接触力信息和关节角度信息的多传感器感知系统.该系统主要包括获取腿部接触力传感器、地面反力传感器以及用于获取外骨骼机器人关节运动信息的电机编码器等.相关实验结果表明,所设计的多传感器感知系统性能稳定、实时性好,为可穿戴型下肢助力机器人目标的实现提供了保障.     

多生命指征的采集与无线传输系统

对家庭远程医疗系统的现状进行了研究,提出人网接口的概念,开发了基于蓝牙技术多生命指征的人网接口系统,并对每一组成部分作了详细说明.该系统操作简单,能为远程医疗提供基本的医学信息.     

智能终端设备发展概述

随着智能设备的发展,智能可穿戴设备出现在这个历史性的时刻。文章就目前的可穿戴智能设备的发展方向,从人和世界、人与人、人与自己的信息交换方式对可穿戴智能设备的未来发展趋势进行探讨,以期望可穿戴智能产品能够完善自身,对人类生活产生积极的影响。     

穿戴式下肢外骨骼机器人研究现状

近年来,随着国家人口老龄化问题的加重,医疗技术的限制及青壮劳力的减少,穿戴式下肢外骨骼机器人在医疗、搬运、军事方面上的显著功能获得科研人员的广泛关注.本文试图摒弃传统功能层面的描述,从穿戴式下肢外骨骼机器人的结构层面梳理该类外骨骼机器人近年来的研究进展,进而分析了穿戴式下肢外骨骼机器人应用的新技术材料,然后重点阐述了其最新的关键技术(驱动方式和能源供应),探讨了穿戴式下肢外骨骼机器人今后的发展方向.     

未知环境下基于模糊神经网络的机器人路径规划

为提高移动机器人在未知环境下避障行为的成功率,通过对障碍物信息的输入,从控制输出数据中找出避障行为模式,生成相应的模糊逻辑控制规则,并把模糊控制算法引入到神经网络中,使得模糊控制器规则的在线精度和神经网络的学习速度均有较大的提高,使移动机器人具有较为迅速的反应能力,实现机器人连续、快速地避障并最终到达目标.系统仿真证明了模糊神经网络在移动机器人路径选择中的智能性.     

基于异构Agent的移动机器人体系结构设计

采用Agent技术设计并实现了一个移动机器人的分布式控制系统. 移动机器人的体系结构包含了慎思层、控制层与协调层, 由多个异构Agent完成相应功能. 动态局部规划根据激光雷达的环境"快照"信息来确定局部反应行为. 慎思规划采用逆向D*算法, 通过搜索脱离点来避免在复杂环境下陷入局部势能陷阱. 慎思层与控制层分别由低工耗工控机实现, 组成异构分布控制系统. 该体系结构综合了控制的实时性与复杂环境下的适应性. 开放的硬件平台与软件Agent结构提供了一种具有良好扩展性的智能移动机器人设计范式.     

基于人工免疫网络的机器人局部路径规划

为解决复杂环境下机器人路径规划问题,提出了基于人工免疫网络(artificial immune network,AIN)的移动机器人局部路径规划算法。建立了AIN与机器人局部路径规划问题的映射关系,给出了算法流程,最后对提出的方法进行了仿真验证,并与人工势场法进行了比较,结果表明该方法在复杂障碍物环境下是可行和有效的。     

好奇心驱动的深度强化学习机器人路径规划算法

针对采用深度强化学习算法实现机器人路径规划任务中,训练前期随机性高导致奖励难获取问题,提出内在好奇心驱动的深度确定性策略梯度算法对连续型动作输出的端到端机器人路径规划进行研究。将环境获取的感知信息作为输入状态,输出机器人动作(线速度、角速度)的连续型控制量,在Gazebo仿真平台进行训练并验证。实验结果表明,基于内在好奇心驱动的深度确定性策略梯度路径规划算法可以较好地实现端到端的机器人路径规划,并且有利于解决训练前期奖励难获取问题,与离散型动作输出的深度Q学习网络模型进行了对比分析,结果表明本文算法决策控制效果更优越。在真实环境中进行了验证,在静态障碍和动态障碍的场景下,所提出算法可成功到达目标点。     

基于力传感器的机器人变导纳控制人机交互策略

为了实现物理人机交互中手术机器人的姿态柔顺调整,该文提出了一种基于变导纳的机器人控制方案.人机交互操作必须对操作者非常直观,其主要难点在于感知周围的环境与人类的意图,并对它们做出充分、直观和安全的反应.为提高系统的直观性,该文提出的变导纳控制策略是基于力/力矩传感器来推断操作者意图,通过结合UR5机器人进行相关实验来验证该算法的性能.结果表明:基于变导纳的机器人控制方案能够满足人机交互操作中对姿态柔顺调整的需求.     

动态环境下基于SVR-PSO的多机器人气味源定位方法简

研究具有风速变化的动态环境下气味源定位问题,提出一种基于支持向量回归和微粒群优化的多机器人气味源定位方法。以当前时刻机器人的位置为输入,以机器人所测的气味浓度值为输出,利用支持向量回归,建立机器人所在位置气味浓度的预测模型;采用改进微粒群优化方法定位气味源时,以气味浓度最大的机器人所在的观测窗内,基于预测模型得到的气味浓度最大值的所在位置作为微粒的全局极值,以当前机器人的位置作为微粒的个体极值,完成微粒的更新;根据机器人所测的气味浓度值,定位气味源。将所提方法应用于2个气味源定位场景,实验结果表明所提方法能够在短时间内成功定位气味源。     

滚动窗口局部路径规划在未知环境中的应用

为了实现未知复杂环境下机器人的局部路径规划,提出了一种新的局部路径规划方法,使机器人自主探测周边障碍物情况.通过滚动窗口计算局部目标等途径进行路径规划,从而实现机器人无碰撞到达全局目标点.该方法可以使机器人在未知复杂环境中较快较好地进行路径规划.仿真试验表明该方法具有可行性、有效性和实时性.     

Metamorphic strategy based on dynamic meta-modules for a self-reconfigurable robot

For a self-reconfigurable robot, how to metamorphose to adapt itself to environment is a difficult problem. To solve this problem, a new relative orientation model which describes modules and their surrounding grids was given, a module motion rules database which enables the robot to avoid obstacles was established, and finally a three-layer planner based on dynamic meta-modules was developed. The firstlayer planner designates the category of each module in robot by evaluation functions and picks out the modules in dynamic meta-modules. The second-layer planner plans the dynamic meta-module path according to output parameters of the first-layer planner. The third-layer planner plans the motion of the modules in dynamic meta-module using topology variation oriented methods. To validate the efficiency of the three-layer planner, two simulations were given. One is the simulation of a single dynamic meta-module, the other is the simulation of planning with an initial configuration composed of 8 modules in complicated environment. Results show that the methods can make robot with any initial configuration move through metamorphosis in complicated environment efficiently.     

移动机器人分布式控制系统的设计

针对自行研制的移动机器人(IMR01)设计并实现了一个分布式控制系统. IMR01采用激光雷达平台、多视觉系统作为环境感知器. 利用2-D平面扫描的激光测距传感器, 通过传感器平台俯仰与水平的转动实现在3-D环境感知, 建立地形的高度图以分析可行区域与障碍区域. 利用光纤陀螺仪、倾角仪及里程计等传感器构建移动机器人航向制导系统. 控制系统基于多系统集成的低功耗工控机(IPC), 在硬件上具有良好的扩展性能;通过无线网桥实现车载局域网与实验室监控系统的通讯. 分布式控制系统通过异构Agent间的协作实现复杂环境下的感知与导航控制.     

刚度控制机器人的机构稳定性设计

刚度控制机器人需要提高与任意环境接触或交互的稳定性,使机构末端可在较小位移下实现较大输出力。从机构参数模型出发,以任意环境下可稳定达到的最大控制刚度来衡量机构的稳定性或稳定范围,并考虑各向同性,研究机器人参数设计理论与方法。以一种2自由度机构设计为例,首先建立动力学模型并分析其耦合特性;然后对各解耦运动链的等效单自由度模型作稳定性分析,给出机构最大稳定控制刚度的定量表示;最后对两组具体参数进行校核和对比分析。结果说明:电机输出轴径、传动比和关节杆长等参数对机构稳定性影响较大,可通过调整这些参数来改善机构刚度控制的性能。