触觉传感阵列的接触物体形状识别研究

本文提出了一种三维表面的矩阵运算方法,这种方法可应用于处理触觉传感阵列的接触物外形恢复问题。运用这种方法得到一种有效的接触物外形识别的运算方法和机器人触觉的控制方案。     

基于气压式触觉的欠驱动手抓取分类方法

使用一种气压式触觉阵列传感器拾取触觉特征信息,手掌和指尖触觉阵列点的灵敏度和最大重复性误差分别为13.73,10.85 kPa/N和3.54%,2.73%.依靠欠驱动手组建了触觉特征数据集,通过离散卡尔曼滤波方法对气压式触觉传感信息进行降噪处理,结合随机森林分类方法对生活物品进行分类.实验结果表明:气压式触觉传感器灵敏度高且重复度误差小,能够有效感知抓取分类过程中的触觉信息变化,依靠欠驱动手避免了抓取时速度碰撞对分类结果产生的影响,组建数据集时无须复杂的抓取控制方式,结合离散卡尔曼滤波的随机森林分类方法能够有效地完成对物体的识别分类,识别准确率达93.2%.     

基于FBG传感器的三维空间应变监测

目的研究基于光纤布拉格光栅(FBG)传感器的三维空间应变监测方法,实现FBG传感器对测点三维空间应变状态的监测.方法根据空间直角坐标系建立立方体框架,在框架内特定的方向上布设6个FBG应变传感器与1个FBG温度传感器形成三维空间FBG传感体.在所有传感器协同工作下,对测点的三维空间应变与温度进行监测.结果给出了基于FBG传感器的三维空间主应变,最大切应变及任意方向正应变的计算方法,并且根据该计算方法在Lab VIEW平台下开发了三维空间应变监测与分析系统.结论根据本监测方法制作的三维空间FBG传感体可以应用在房屋、桥梁、道路、大坝、雕塑等结构的监测当中.该传感体与相应的解调设备和所研发的应变监测与分析系统构成了完整的三维空间应变监测体系.     

基于触觉图像序列的三维规则物体识别方法

提出一种基于二值化触觉图像序列的三维规则物体识别方法.触觉图像序列是通过装有高分辨力和高柔性触觉传感阵列的平行移动式夹持型手爪系统来获取的.实验表明,所述方法不仅能有效地识别一般平面物体,而且能有效地识别接触面是非凹曲面的物体。     

KUKA七自由度机器人基于视觉和力反馈的控制

<正>引言随着传感设备的普及和小型化,现代机器人产业逐渐向基于传感反馈控制的方向发展。例如基于视觉传感器,移动机器人可以规划路径避开障碍物;基于力传感器,机器人可以向物体施加持续的力而不至损坏物体;基于触觉传感器,多指机器人可以抓住易碎物体。但基于多传感器信息的反馈控制并不普及,因为不同类型的传感器信息难以融合,甚至不同传感器的反馈控制会相互干     

一种全柔性电容式触觉传感器设计与试验

为实现法向力与切向力感知,设计了一种可用于机器人仿生皮肤的电容式柔性触觉传感器,并设计成阵列结构.以硅橡胶为柔性基体,有机硅导电银胶为上下两柔性极板,共同构成电容式触觉敏感单元.分析并介绍电容式柔性触觉传感器的工作原理、结构设计及触觉信息采集与处理系统.可实现法向力0~5 N范围内灵敏度为6.78 f F/N,切向力0~3 N范围内灵敏度为11.45 f F/N的触觉感知功能.试验结果表明,该全柔性电容式触觉阵列传感器具有良好的稳定性与灵敏度,可用作人工皮肤实现触觉感知.     

基于触觉传感器和强化学习内在奖励的机械臂抓取方法

触觉在机器人抓取过程中扮演着重要的角色,但在大多数强化学习任务中,触觉仅被用于拓展状态空间,其提供的位置和压力等信息很少被完全利用.针对该问题,同时受内在奖励机制启发,首先设计了一种“倒T”形传感器阵列布局;然后基于这种传感器阵列提出了新的内在激励方法,该方法根据机械臂末端与物体接触位置的不同,给予不同的重视程度,鼓励智能体以更有效的姿态来夹取物体;最后将该方法在仿真环境中进行测试,结果表明该方法在夹取椭球和圆球物体任务中收敛速度比最新的基准方法平均提高了约20%.     

基于视触融合的机器人抓取滑动检测

提出一种基于视触融合的深度神经网络(VTF-DNN)感知算法,用以检测在机器人抓取和操作过程中发生的抓取物体和夹具之间的滑动现象.首先,通过设定不同的抓取位置和力度来抓取不同的物体,收集视觉和触觉序列数据构建视触融合数据集,并用于训练VTF-DNN;触觉数据由安装在夹具上的阵列触觉传感器采集,视觉数据由腕部相机采集.然后,为了验证所提出视触融合感知框架的性能,在某个未参与训练的物体上进行了滑动测试,共进行了464次抓取,采集了2320个视觉和触觉序列样本,分类准确度达92.6%.最后,实验验证了所提框架在滑动检测任务中的高效性以及视触融合在滑动检测任务中的必要性,为更加稳定和灵巧的机器人抓取和作业系统提供了理论基础和技术支撑.     

基于触觉阵列感知的机器人稳定抓取判别方法

针对传统的单点压力传感器获取的接触力无法完备反映机器人的抓取接触状态,难以实现准确的机器人抓取状态判别的问题,基于触觉阵列传感器的多点感知特性,提出一种高效高准确率的机器人稳定抓取判别方法．首先,采集机器人抓取属性各异物体时的接触分布力信息,建立分布力与触觉图像的映射,构建机器人抓取触觉图像数据集;基于多层感知机框架建立机器人抓取状态判别模型,实现机器人抓取状态的分类．然后,通过训练并对多层感知机在不同模型层数与节点数下的模型性能进行优选,得到抓取状态判别模型的最优参数,进而与多种基于学习的抓取判别算法进行对比．结果表明：所提出的抓取状态判别方法具有99.74%的判别准确率,平均耗时为2.3 ms,在判别精度和速度上均优于基线算法;通过实物抓取实验,该方法的判别准确率达到94%,充分证明其对数据集外物体的稳定抓取判别具有较强的鲁棒性．     

基于ZigBee无线传感网的自寻径机器人系统研究

针对自寻径机器人在各个领域中的广泛应用,对基于无线传感网的机器人自寻径系统作进一步研究具有重要的现实意义.本文设计了一种基于ZigBee无线传感网的自寻径机器人系统,系统采用FFD完整功能节点组成无线传感网,并在此硬件基础上采用改进的RSSI算法对机器人进行定位,同时采用蚁群算法对机器人的坐标参数进行处理,形成在无线传感网中传输的路由信号包,实现全范围内的路由搜寻,以此对机器人行动路径进行指引,从而实现机器人的自寻径.     

基于微机电系统的水下灵巧手触觉力测量传感器

为了实现深水环境下水下灵巧手抓取目标的定位及触觉力感知,设计了阵列式触觉力测量传感器.以硅杯作为力敏感核心,利用胶囊式差压状结构实现了水的静态压力矢量叠加下的触觉力测量,并消除了水的静态压力对触觉力测量的影响.利用弹性力学与板壳理论分析了方形硅杯底部变形与应力的解析解,并与有限元法的分析结果加以对比.结果表明,所设计的灵巧手触觉力测量传感器具有样本抓取的触觉感知及位置感知,其胶囊式差压状结构使得触觉力测量传感器能够消除水的静态压力的影响,硅杯式测量结构具有灵敏度高、误差小、输出应力大的特点.     

光纤光栅阵列传感器件及检测技术

光纤光栅及其应用是光纤通信、光纤传感领域的高新技术。光纤光栅传感是将光输入光纤光栅，并在一定条件下发生反射，反射光谱在该波长处出现峰值。由此可以得出待测物理场(如应变、压力、温度、振动、位移、电流、电压、加速度、流量、冲击、损伤等)的变化。把多个不同中心波长的光纤光栅排成阵列，可组成多点分布式阵列传感器，采用波分复用和时     

基于应变分布响应模态分析理论与应用

模态分析技术经过近70年的发展已形成较为完整的独特理论和方法,这与模态测试手段的进步息息相关.由于传感技术的限制,既有的模态分析方法主要是基于加速度或速度测量开展的,重点关注位移、速度及加速度频响函数.过去5年间,本课题组研究和开发了用于重大工程结构的分布式应变传感技术,并以分布式动态应变测量为核心开展了包括模态分析理论、模态测试及工程应用在内的研究工作.本文简要介绍分布式动态应变传感技术的基本特点和系统构成,重点阐述基于应变分布响应的模态分析理论、应变频响函数的测试技术及相应的模态参数识别方法.应变模态分析表明,从时频域上看,应变频响是更类似于位移频响而不同于速度或加速度频响的物理量,因此对低频响应更为敏感;基于位移频响函数和基于应变频响函数提取结构固有频率和阻尼比等价有效:基于位移频响函数和基于应变频响函数提取的特征向量之间的相互关系与位移和应变测量之间的映射关系完全相同,即基于应变频响获得的特征向量是直接的应变模态测量.探讨了应变模态在大柔度结构低频测试、动力模型重构、结构损伤识别3方面工程应用中的优势.     

机器人触觉传感器的优化设计

本文讨论了机器人阵列式触觉传感器的理论设计参数和实际制造参数,并用组合法辨识方法对设计参数进行了优化设计,给出了可供参考的设计值。     

人机交互力觉临场感遥操作机器人技术研究

 人机交互式机器人是当前机器人学研究的前沿和热点之一,而临场感(telepresence)技术是人与机器人交互的核心。本文通过阐述力觉临场感遥操作机器人技术的产生、发展和现状,介绍了力觉临场感遥操作机器人的系统组成,指出力觉临场感遥操作机器人面临的3 个难题:力感知、力反馈和大时延力控制。针对以上问题,对力觉临场感遥操作机器人的四大关键技术:传感技术、力反馈与触觉再现技术、大时延控制技术、虚拟预测环境建模技术进行了综述;介绍了东南大学仪器科学与工程学院机器人传感与控制技术研究所30 年来开展人机交互遥操作机器人技术研究的进展及其在核探测、康复医疗领域应用的情况。展望了人机交互力觉临场感遥操作机器人技术未来研究与发展的重点。     

多道次中厚板热轧过程的综合数值解析法模拟

采用微分方程的解析解法和数值解法相结合的思路建立了中厚板热轧过程温度场、变形场和轧制力的综合求解模型.在该模型中,考虑到轧件厚度方向的温度梯度远大于沿宽度和长度方向的温度梯度,因而将热传导方程简化为一维微分方程,基于拉格朗日坐标建立了温度场的级数解法.针对中厚板轧制的速度场特点设定了速度场函数,基于欧拉坐标架建立了应变速率和应变的数值解法,从而解决了多道次轧制过程的温度场与变形场连续计算问题.利用该模型模拟了中厚板12道次热轧的成形过程,给出了轧件温度随时间的连续变化曲线以及各道次的轧制力、应变和应变速率的分布和大小.模拟结果与工业现场实测数据吻合较好.     

面向HBT干涉定位的直线式传感阵列结构优化

针对阵列中传感器阵元对声源定位性能的贡献率不同,开展了基于Hanbury Brown and Twiss干涉定位的阵列优化研究。首先,根据声场HBT干涉定位原理,建立了八元直线传感阵列的声学定位理论模型。其次,以阵列定位误差在1%以内为目标,对八元直线传感阵列进行拓扑仿真优化,得到5种四元直线传感阵列。最后,通过实验验证,仿真优化得到的5种四元直线传感阵列中有2种阵列的定位误差在1%以内。通过对传感阵列拓扑优化的研究,能够降低传感器的个数,且保证对声源的定位性能不变,从而减少了阵列信号处理的复杂性。     

π相移光纤布拉格光栅的应变传感特性研究

研究了基于π相移光纤布拉格光栅(π-PSFBG)的高精度应变传感特性,利用OptiGrating软件仿真计算出π-PSFBG的关键应变传感参数,给出了相应的应变传感特性方程.在应变测量范围0～2100με内,验证了应变、反射率等关键参数与π-PSFBG中心波长之间的数值关系,得出π-PSFBG的应变灵敏度为1.218 pm·(με)~(-1).     

改进的人工势场法用于移动机器人导航

利用超声波传感器探测到的距离信息,模拟带电粒子在匀强电场中运动,提出了利用改进的人工势场法解决移动机器人的导航问题.对机器人在直道、弧形弯道和成角度的弯道3种路况下的导航行问题进行了分析,利用机器人与道路边界的距离信息,实时控制机器人的位姿,使机器人能够在避免与道路边界碰撞的前提下沿着道路顺利前进.结合Pioneer 3系列机器人的传感器分布特征,对算法进行了仿真,证明了算法的可行性和有效性.     

一种新的低空间分辨力阵列触觉图象的处理方法

本文根据低空间分辨力阵列触觉图象的特点，分析了噪声来源、形式和分布，提出了一种新的基于平滑的噪声消除方法。讨论了在图象基本顶点的基础上，运用了顶点分裂和合并技术找出相应的图形顶点，并通过最小二乘法复原出离散图象的连续轮廓，从而为提高触觉图象辨识率奠定了基础．