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基于VR的仿人双臂机器人远程控制研究

基于VR的仿人双臂机器人远程控制研究

作者：李文帆华南理工大学

学位级别：硕士

伴随着科技的全面发展,机器人已从科幻作品之中跃然而出,融入人类生活的方方面面,仿人机器人更是成为机器人研究领域的焦点。然而,尽管人工智能技术凭借大语言模型完成了一次飞跃,但距离实现完全自主的,具有社交能力的机器人仍相去甚远... 详细信息

伴随着科技的全面发展,机器人已从科幻作品之中跃然而出,融入人类生活的方方面面,仿人机器人更是成为机器人研究领域的焦点。然而,尽管人工智能技术凭借大语言模型完成了一次飞跃,但距离实现完全自主的,具有社交能力的机器人仍相去甚远。因此,远程控制作为人类替身的机器人,以半自主形式,完成远距离、危险或有害环境下的工作与任务,仍是当下仿人机器人控制的最佳解决方案。本文在研究分析国内外仿人机器人远程控制相关技术现状与趋势的基础上,针对当前国内此领域现有研究的不足,采用一体式VR设备,设计实现了一套低成本的遥操作控制系统。首先对相关理论、关键技术以及本研究平台基础进行探讨与介绍。结合人机交互方式对虚拟现实关键技术进行分析,分别从视觉图像交互、控制交互及数据交互三方面进行研究,打下理论基础;同时介绍本论文的研究平台基础——仿人双臂机器人“Player”与VR设备Oculus Quest 2,并阐明两者之间的坐标映射关系。其次进行机器人运动学逆解算法研究。在“控制效果仿人”这一目标下,研究讨论了机器人运动学逆解的两种解析法和一种数值法。经由对比各算法的优劣,最终采用“结合优化函数的SDLS算法”,通过迭代计算各关节角,结合优化目标函数,并加入位置姿态步长限制,保证算法适用于实时控制场景、所求解构型仿人且稳定性高。然后对控制系统进行设计开发实现。在进行需求分析,明确控制系统设计目标的基础上,将控制系统分为三部分进行开发实现。一是机器人端,主要实现对视觉反馈图像的编码、对控制算法的函数实现以及对机器人舵机的控制等功能;二是人机交互端,主要解决对用户动作数据的跟踪与处理、人机交互方式与交互界面的设计等问题,保证符合直觉、自然友好且具有沉浸感的交互体验;三是无线数据传输部分,对视频数据与控制数据的网络传输进行开发实现,保障控制系统的数据通信可靠稳定。最后基于所开发的控制系统,针对其仿人控制效果、任务执行效果以及与人互动效果三方面,设计并进行了测试实验。实验表明遥操作系统的各项功能均满足设计要求,控制效果仿人,用户可以轻松完成实验目标,交互控制体验友好。本系统在人形替身机器人的应用领域如服务指引、远程任务等场景具有一定参考价值。

关键词：仿人机器人虚拟现实遥操作人机交互

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含三维视图的电力系统辅助规划软件研究

含三维视图的电力系统辅助规划软件研究

作者：李文帆西南交通大学

学位级别：硕士

地理接线图可以简单、清晰地描述电力系统网络拓扑结构和潮流分布状况,对电力系统分析有重要意义。在电力系统规划工作中常采用地理接线图的形式表现规划设计方案的宏观印象,进行不同方案之间的对比。绘制地理接线图,利用地理接线图进... 详细信息

地理接线图可以简单、清晰地描述电力系统网络拓扑结构和潮流分布状况,对电力系统分析有重要意义。在电力系统规划工作中常采用地理接线图的形式表现规划设计方案的宏观印象,进行不同方案之间的对比。绘制地理接线图,利用地理接线图进行规划方案分析是电力系统规划设计人员日常工作的重要组成部分。 PSD-BPA是由中国电力科学研究院开发,用于电力系统潮流计算和稳定分析的重要工具,在系统规划中应用广泛。PSD-Clique地理接线图格式潮流图绘制程序则是针对PSD-BPA潮流数据的地理接线图绘制工具,为规划工作的辅助分析提供了便利,然而该程序在实际应用的过程中也逐渐暴露出了一些不足。本文为弥补PSD-Clique存在的问题,开发了一个新的基于PSD-BPA潮流数据的地理接线图绘制工具,另外考虑到三维可视化技术的发展以及电力系统规划成果三维展示的重要性,设计了一个电力系统三维仿真平台,最终形成一套含三维视图的电力系统辅助规划软件。在电力系统地理接线图绘制软件的研究方面,本文首先分析了PSD-Clique程序的功能特点及其存在的问题,得到开发地理接线图绘制软件的功能需求。然后结合各模块相互独立、视图与数据相互分离的设计思想对地理接线图绘制软件进行结构设计,将其设计为数据服务层、绘图操作层和辅助功能层三层结构。为获取软件操作的数据基础,本文提出了一种从DAT文件和PFO文件中获取网络拓扑信息和潮流结果信息的方案,并实现了数据库的设计。本文采用Qt库进行地理接线图绘制软件的开发,文中重点介绍了以Qt图形视图框架建立软件绘图框架的方法,并详细分析了数据库视图框架、潮流动画功能和接线图输出技术的实现方案。在电力系统三维仿真平台的研究方面,首先按照结构化、模块化的设计思路对三维仿真平台的结构进行设计,实现了数据资源、三维系统平台建设和用户应用操作间的有效分离。然后阐述了三维模型设计的主要方式与过程,并在最后的部分重点描述了以Ogre三维引擎为基础的电力系统三维仿真平台关键技术实现方案。文中详细介绍了Ogre地形系统关键部件以及利用其进行三维地形仿真的大致流程,实现了地形的分页调度和LOD技术;阐述了粒子系统的工作方式,采用Ogre粒子系统进行了雨、雪天气的模拟;并借助PagedGeometry插件实现场景内容的分页调度功能,优化了三维仿真性能。

关键词：地理接线图三维仿真 PSD-Clique Qt图形视图框架 Ogre 电力系统规划可视化

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基于Qt的电力系统地理接线图绘制软件设计

电力系统自动化 2013年第7期37卷 72-76,107页

作者：李文帆刘志刚伍文城何士玉西南交通大学电气工程学院四川省成都市610031 西南电力设计院四川省成都市610021

针对PSD-BPA的地理接线图绘制软件存在的缺陷和不足,提出了一种以Qt库为基础的电力系统地理接线图绘制软件设计方法。首先,按照软件的功能需求,以及各模块间相互独立、视图数据相互分离的设计思想将软件划分为3层结构:数据服务层、绘图... 详细信息

针对PSD-BPA的地理接线图绘制软件存在的缺陷和不足,提出了一种以Qt库为基础的电力系统地理接线图绘制软件设计方法。首先,按照软件的功能需求,以及各模块间相互独立、视图数据相互分离的设计思想将软件划分为3层结构:数据服务层、绘图操作层和辅助功能层。然后,以Qt图形视图框架为基础建立了软件的主体绘图框架,并详细阐述了数据库视图框架、潮流动画功能以及接线图输出技术的实现方法。

关键词：地理接线图接线图绘制 Qt图形视图框架可视化

基于Leap Motion的仿人机械臂自然手势控制

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机械设计与研究 2022年第2期38卷 27-30,37页

作者：张续冲李文帆叶颖华南理工大学设计学院广州510006

针对自主研发的仿人双臂机器人,研究基于Leap Motion的控制方式,实现自然手势对机械臂仿人实时控制。首先利用Leap Motion手势控制器采集手部信息数据,定义三种触发手势,对数据进行滤波削抖后,通过坐标变换,转化为机器人末端的位姿。然... 详细信息

针对自主研发的仿人双臂机器人,研究基于Leap Motion的控制方式,实现自然手势对机械臂仿人实时控制。首先利用Leap Motion手势控制器采集手部信息数据,定义三种触发手势,对数据进行滤波削抖后,通过坐标变换,转化为机器人末端的位姿。然后通过机器人运动学逆解,对臂形角进行优化,得到机械臂各个关节所需角度,实时发送给机器人完成相应的动作。最后进行了抓取实验,结果显示,大多数受试者经过基本的训练后就可以成功地完成指定任务,表明所提出的自然手势控制是一种直观可行的人机交互方式。

关键词：仿人机械臂手势控制 Leap Motion 仿人运动

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记“土地日”的一次活动

少年月刊 1999年第3期 28-30页

作者：李文帆兴平市阜寨初级中学

6月25日是我国的“土地日”。为了让中学生对土地资源的利用有更进一步的了解,在这天,学校组织我们去渭河滩地作实地调查。一大早,我们出发了。朝阳散着几缕耀眼的光芒,一阵清风迎面袭来,使人感到精神振奋。

关键词：土地日土地资源土地利用情况金土地使人中国耕地生存之路沙富队正人物身份

适合风电接入的VSC-MTDC系统协调控制策略

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电力工程技术 2020年第1期39卷 51-56页

作者：邹朋李文帆伍文城西南电力设计院有限公司

对于具有小集中、大分散特点的内陆风电,交流并网存在电能质量下降、经济性差等诸多问题,两端柔直并网也无法满足要求。使用多端柔直是未来风电并网的发展方向,文中提出一种适合风电接入的多端柔直系统协调控制策略。该策略综合考虑直... 详细信息

对于具有小集中、大分散特点的内陆风电,交流并网存在电能质量下降、经济性差等诸多问题,两端柔直并网也无法满足要求。使用多端柔直是未来风电并网的发展方向,文中提出一种适合风电接入的多端柔直系统协调控制策略。该策略综合考虑直流电压改变的方向、电压改变的大小以及换流站功率裕度等因素,自适应实时调节下垂系数,优化换流站之间功率分配,避免不当下垂系数造成的系统损耗增加、部分换流站功率过载。引入附加频率控制与自适应下垂控制协调,可充分利用系统调频容量,改善系统频率稳定性。控制器参数易于整定,结构简单。在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件中搭建了嵌入多端柔直系统的四机两区域模型,验证了所提策略的有效性和可行性。

关键词：自适应多端柔直直流电压下垂控制附加频率控制协调控制

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环境温度对直线电机平台轴向误差的影响

中国水运（下半月） 2020年第12期20卷 58-60页

作者：李文帆上海理工大学机械工程学院上海200093

直线电机平台的精度受内部热源和外部环境温度共同影响。在热变形分析过程中,外部环境温度是热变形的重要组成部分。为了分析外部环境温度对直线电机平台的影响,本文以实验室直线电机平台为实验对象,采用有限元法,通过热-结构分析,研究... 详细信息

直线电机平台的精度受内部热源和外部环境温度共同影响。在热变形分析过程中,外部环境温度是热变形的重要组成部分。为了分析外部环境温度对直线电机平台的影响,本文以实验室直线电机平台为实验对象,采用有限元法,通过热-结构分析,研究外部环境波动下直线电机平台的温度场和轴向热误差,结果表明,轴向误差与环境波动幅值近似成正比关系,轴向误差相比于环境温度变化存在着相位滞后。相同温度幅值下,频率越低,轴向热误差越大。

关键词：热误差环境温度直线电机进给轴