分层子维空间运动规划的人体上肢运动链建模

人体上肢运动链模型的准确构建和仿真设计是进行虚拟人体运动和控制的关键技术,是实现虚拟人体运动控制和模式识别的理论前提。传统方法采用几何法、解析法等模拟人体上肢运动链模型,无法有效实现人体上肢运动链的高自由度控制模拟,产生后期搜索迟钝效应。提出一种基于分层子维空间运动规划的人体上肢运动链六自由度模型构建方法,构建人体上肢运动的各关节单元,得到上肢结构及运动学模型D-H表示方法,设计上肢运动链位姿变换,基于分层子维空间运动规划方案,得到人体上肢运动链动力学模型方程,采用六自由度全关节分析方法分析上肢运动链各关节单元,实验得出该模型构建能更好模拟人体上肢运动链模型,控制误差较传统方法减小,能有效实现人体上肢运动链的高自由度控制模拟。     

单腿支撑及跑步模式下全关节驱动力矩仿真

传统方法构建的人体动力学仿真模型只能求解整体受力和发力参数,对各个关节驱动作用力矩的求解模型未提及。提出一种基于7连杆模型结构的人体下肢动力学分析模型,引入机械系统动力学分析用的ADAMS软件到人体动力学分析中,求解各种运动模式下人体下肢左右腿各关节驱动作用力矩。对人体运动Lagrange动力学方程式进行优化求解,得出详实的理论分析值和仿真数据,并进行对比分析。仿真实验表明,构建的单腿支撑和跑步运动模型下的人体下肢动力学分析模型,能有效准确地仿真计算出人体下肢全部关节的驱动力矩,仿真结果为分析人体最佳发力模式,指导和优化体育训练具有很好的理论参考价值。     

高空运动落地后对膝盖的冲击力学分析

传统方法构建的高空运动落体后对膝盖的冲击力学分析模型只能求解局部的膝关节受力和发力参数,对膝盖及下肢的各个关节驱动作用和受力冲击运动势能等参数求解建模困难。提出一种基于七连杆驱动结构的高空运动落体后的冲击动力学分析模型。构建人体在高空落地后的下肢膝盖的运动链数学模型,分析落地冲击对膝盖的运动链位姿变换关系,采用7连杆驱动结构对人体高空落地后的下肢进行7连杆结构分解,采用Lagrange动力学方程实现对冲击力学参数的全局分析,得出优化解向量。仿真结果表明,采用该受力分析模型,对膝盖冲击力的受力分析逼近于理论值,计算精度较高,性能优越,为体育训练和运动医疗提供准确的数据基础。     

重载铸造机器人的位姿反解模型及仿真实验验证

机器人各组成运动部件的位姿反解模型直接决定了机器人的控制精度和作业效果。针对所设计的重载铸造机器人结构特点和铸造作业要求,针对不同组成部件分别建立了相应运动坐标系,通过坐标系之间的坐标转换,建立了机器人各组成部件位姿的理论反解公式。设计了仿真实验,比较了100组利用ADAMS软件和理论公式计算得到的机器人各组成部件位姿计算结果,其中旋转底座的旋转角度计算误差不超过0.0025°,竖直滑块直线位移计算误差不超过0.0005mm,各驱动液压缸伸缩长度计算误差不超过0.8mm,满足所设计机器人的技术要求,为后续的机器人动力学分析以和控制系统研发打下了良好的理论基础。     

基于行为视觉分析的运动角度规范性智能判断

传统的运动角度规范性智能判断方法采用运动链位姿变换坐标系特征分解方法,对运动过程中静态属性和动态属性无法区别判断,纠正效果不好。提出一种基于行为视觉分析的运动角度规范性智能判断方法。采用灰色关联分析方法,在肌体特征运动模式下,估计当前时刻下的运动状态,进行技术型运动项目的运动链位姿分析和技术特征分析,通过Gamma校正法对输入行为视觉图像进行运动角度空间标准化处理,采用行为视觉分析方法实现运动角度规范性智能判断方法改进。仿真结果表明,采用该法进行技术型运动项目的运动角度规范性智能判断,能有效准确地反应出运动的行为视觉特征,对技术特征跟踪标定性能较好,实现对技术型运动的规范性智能评价和判断。     

一种外力场互补平衡的人体关节旋转控制模型

随着生物学、医学、生理学的进步及人机工程技术和计算机信息技术的迅猛发展。人类对人体生命系统研究进入了新的发展阶段。但现阶段的人体运动控制模型忽略了在外场力作用下关节运动计算不精确等问题。由此,提出一种外力场互补平衡的人体关节旋转控制模型。运用均值偏移的方法找寻出外场力,通过关节旋转的期望方差公式互补平衡外场力,根据人体运动周期内关节旋转的角度范围合理建立人体关节旋转控制模型的过程。仿真实验表明,外力场互补平衡的人体关节旋转控制模型,提高了人体运动模型的适用性,使人体关节运动的计算更为精准。为人体运动医学及虚拟人运动控制等领域的研究与发展提供了坚实的理论基础和参考价值。     

动态分层二值进化全关节驱动跟踪贫化算法

在人体运动跟踪建模中,需要对样本集的多样性特征进行贫化处理,以提高全关节驱动模式运动状态跟踪的准确性。传统方法采用量子进化和粒子滤波算法进行人体运动跟踪贫化算法实现,算法在全关节多样化样本特征运动模式下,跟踪效果不好。提出一种采用动态分层二值进化处理的改进的量子进化粒子滤波全关节驱动模式跟踪方法,解决多样本特征的贫化问题。进行人体全关节驱动模式动力学分析及人体运动跟踪模型构建,通过动态分层处理技术,获得二值前景图像,求得人体关节的全方位信息特征,通过动态分层二值进化方法,准确地找到各关节位置,构建亮度模型函数,实现贫化处理。实验表明,改进算法能实现对体操运动员运动幅度大的肘、腕、踝部位均得到了准确的跟踪结果,贫化效果较好,运动状态估计精度较高。     

伺服驱动下基于云计算的柔性机械臂避碰方法研究

伺服驱动下机械臂运动规划是整个机械臂系统中关键构成部分。为确保机械臂在运动过程中双臂得到约束并快速达到目标位置,文中提出基于云计算的柔性机械臂挠性补偿避碰方法。在云计算环境下,运用确定运动刚体姿势参数当作坐标变量,广义空间内包含六维空间,三维代表刚体位置,另三维代表姿态,同时将特定姿势变换为空间中定点;云计算下通过划分空间后使未被障碍物占据的自由自空间成为机械臂规划空间。利用拉格朗日理论建立动力学模型,在该模型基础上求解出机械臂关节力矩。上述力矩对机械臂杆实现补偿,使挠性补偿至D-H参数中,矫正柔性机械臂运动学解,将逆运动学解当作运动目标节点;运动规划中,将关节力矩与电机力矩对比,确定节点在规划路径上,从而完成机械臂避碰规划过程。实验证明,所提方法可有效控制机械臂避碰。     

对接设备对接过程中的虚拟模拟技术研究

大型对接设备的工作量大、对接要求较高,存在技术难度大、协作困难等问题。传统设备对接过程主要依靠人工操作和设备协调,导致对接效率较低,周期较长,无法满足当前大型对接设备的对接要求。提出了应用位姿变换原理的自动化对接过程虚拟仿真模型,分析了大型对接设备对接过程动力学模型,准确描述设备对接过程的碰撞特性,依据位姿变换理论,塑造两个对接设备坐标转换矩阵,进行对接设备位姿标定,规划对接设备对接过程中的调姿轨迹,完成自动对接。依据相应的规范判断对接结果偏差是否在容差区间中,若偏差在容差区间中,则完成对接过程,否则应重新进行对接,直至满足容差要求。仿真实验结果说明,该模型的仿真结果同试验数据十分接近,所提模型可实现机身位姿的精确自动定位,具有较高的稳定性。     

基于ARM的机器人旋转绕臂二自由度控制设计

机器人旋转绕臂二自由度控制设计是机器人智能控制的关键技术,传统方法采用混频驱动的超外差控制方案,无法有效实现对仿人机器人的手臂抓取运动规划和二自由度控制。提出一种基于ARM的机器人旋转绕臂二自由度控制设计方案。将仿人机器人涉及的高维空间运动规划复杂问题分解成一系列低维空间的子问题,根据机器人在工作空间末端效应器位姿状态提供的启发式信息,采用二自由度控制方案,进行控制模型设计,基于ARM和Linux进行系统硬件设计,机器人系统硬件设计部分选择ARM11 CPU为中央处理器。选择ARM11 CPU S3C6410作为硬件核心,系统中使用了256 Mbyte的DDR内存,作为数据的缓存,进行系统设计与实现。仿真结果表明,该控制系统具有较好的机器人行为特征提取和识别能力,对机器人的旋转绕臂控制精度较高,展示了较好的应用价值。