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外肢体机器人作业策略半物理仿真系统

外肢体机器人作业策略半物理仿真系统

作者：崔贺山东大学

学位级别：硕士

不同于外骨骼机器人作为人类肢体的“增强”,外肢体机器人通过穿戴方式作为人类肢体的“扩展”,协助穿戴者完成特定的作业任务,是近年来提出的一种新型可穿戴式机器人。在飞机制造、建筑装修等工作强度大、受到空间与规模条件限制的任... 详细信息

不同于外骨骼机器人作为人类肢体的“增强”,外肢体机器人通过穿戴方式作为人类肢体的“扩展”,协助穿戴者完成特定的作业任务,是近年来提出的一种新型可穿戴式机器人。在飞机制造、建筑装修等工作强度大、受到空间与规模条件限制的任务场景中,外肢体机器人可以通过与人类肢体的对接融合、互助协作提高穿戴者感知与操作能力,完成复杂作业任务。由于外肢体机器人在工作过程中十分注重与穿戴者的协作处理,且经常面临一些危险作业场景,为保证穿戴者安全,本文构建了一种外肢体机器人作业策略半物理仿真系统,可以在项目开展前期阶段进行算法验证、在一些极限工况下进行动作仿真分析,为提高穿戴式机器人辅助作业效能提供新途径。本文的主要研究内容如下:(1)根据系统要求,构建满足作业任务需求的外肢体机器人与穿戴者动力学模型,作为验证后续控制算法的基础。首先介绍所使用的外肢体机器人结构,并根据部件间连接特点,通过RecurDyn软件,在部件之间建立了合适的动力学约束,构建了穿戴者-外肢体机器人动力学仿真模型,最后基于示教动作,验证了所建立动力学模型的准确性。(2)针对深度网络训练过程中出现的“梯度爆炸”问题,提出了一种深度残差GRU神经网络模型,用于穿戴者行为识别。首先通过惯性测量单元捕捉穿戴者动作信息,并设计实验,采集制作了穿戴者行为数据集;接着使用滤波、分割、归一化等操作处理数据,去除数据中的噪音成分,加快后期模型训练收敛速度,提高识别准确率;最后通过介绍常用的递归循环网络单元与残差学习策略,构建了深度残差GRU网络,对穿戴者行为进行分类,识别准确率为92.20%,并通过对比实验验证了模型的优越性能。(3)针对外肢体机器人多工况、多约束特点,基于五次多项式插值算法,规划了外肢体机器人单臂运动。首先根据外肢体机器人单臂连接特点,建立对应的连杆坐标系,并使用D-H参数法推导其运动学方程;通过Matlab编程,对比三次多项式与五次多项式插值算法特点与实际插值效果,最终采用五次多项式插值算法对外肢体机器人末端进行轨迹规划,完成与穿戴者的协作任务。(4)针对外肢体机器人作业任务需求,构建了外肢体机器人作业策略半物理仿真系统,完成多种作业任务仿真。通过分析系统框架,介绍了各个模块在系统操作流程中的作用,并利用RecurDyn软件,完成了辅助搬运、辅助支撑、支撑卸荷等作业任务仿真分析,揭示不同作业场景下的辅助作业机理与任务特征,对实际工程具有指导意义。

关键词：外肢体机器人动力学模型行为识别轨迹规划半物理仿真系统

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多模式混合推进悬停控制与半物理仿真系统

中国惯性技术学报 2019年第4期27卷 538-545页

作者：任家栋张大力夏红伟曾庆双哈尔滨工业大学航天学院

随着空间任务复杂度的提高,相对运动控制地面验证系统的设计难度日益增加,尤其对于地球静止轨道卫星,相对运动构型涉及伴飞、绕飞、悬停等各种形式。针对静止轨道卫星悬停控制的新需求,基于相对轨道参数描述方法,采用半长轴差和偏心率... 详细信息

随着空间任务复杂度的提高,相对运动控制地面验证系统的设计难度日益增加,尤其对于地球静止轨道卫星,相对运动构型涉及伴飞、绕飞、悬停等各种形式。针对静止轨道卫星悬停控制的新需求,基于相对轨道参数描述方法,采用半长轴差和偏心率差两个参数对面内“水滴”悬停构型的形成进行了深入研究,提出了一种多模式混合推进模式下的面内悬停两参数设计方法,并设计了一套通用的空间运动仿真验证系统,位置精度达毫米量级。对该构型的制导控制律进行了半物理验证,半实物仿真位置估计误差约为20 m(3σ),结果表明制导控制律正确,所提出的验证方法可推广应用于其它相对运动控制技术的地面验证。

关键词：相对运动水滴悬停多模式电推进半物理仿真系统

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机器人视觉伺服控制半物理仿真系统的研制

系统仿真学报 2008年第1期20卷 68-72页

作者：张瀚徐科军赵明高学海刘晓丽合肥工业大学自动化研究所

为了模拟机器人在自由运动的工作状态,验证实际物理手眼视觉伺服控制算法的效果,在4台PC机的基础上,用三维图形库OpenGL开发了仿真应用软件,组建了机器人视觉伺服控制半物理仿真系统。该仿真系统利用计算机三维图形学、机器人运动学和... 详细信息

为了模拟机器人在自由运动的工作状态,验证实际物理手眼视觉伺服控制算法的效果,在4台PC机的基础上,用三维图形库OpenGL开发了仿真应用软件,组建了机器人视觉伺服控制半物理仿真系统。该仿真系统利用计算机三维图形学、机器人运动学和动力学、视觉测量以及视觉伺服控制等技术,成功仿真了在空间自由运动状态中,机器人对目标物体的捕获。

关键词：半物理仿真系统视觉伺服控制手眼视觉位姿测量

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UAV组合导航半物理仿真系统设计与研究

弹箭与制导学报 2016年第2期36卷 11-14页

作者：胡奕明卢虎牛江龙空军工程大学信息与导航学院西安710077

为了验证GNSS/MLS/VNS/INS/RA构成的UAV五组合导航系统的航电综合、导航解算算法以及飞行控制律性能,设计了集机载导航传感器实物、物理效应器、飞行仿真系统、无人机地面站模拟系统、试验总控评估系统、视景与展示系统等的UAV导航与控... 详细信息

为了验证GNSS/MLS/VNS/INS/RA构成的UAV五组合导航系统的航电综合、导航解算算法以及飞行控制律性能,设计了集机载导航传感器实物、物理效应器、飞行仿真系统、无人机地面站模拟系统、试验总控评估系统、视景与展示系统等的UAV导航与控制半物理仿真试验系统平台。平台能够考核组合导航系统的性能和功能。

关键词：组合导航航电综合半物理仿真系统飞行仿真

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雷达半物理仿真系统中的目标角度跟踪

测控技术 2011年第4期30卷 113-115页

作者：王永锋孙晋韦高西北工业大学电子信息学院陕西西安710129

雷达半物理仿真系统对雷达性能研究具有重要作用。在雷达半物理仿真系统中,用数字方法实现了角度跟踪。将雷达接收到的信号转换成数字信号,根据等信号法的振幅和差法,结合相位法,对数据进行分析和处理,模拟雷达的搜索跟踪过程。结果证明... 详细信息

雷达半物理仿真系统对雷达性能研究具有重要作用。在雷达半物理仿真系统中,用数字方法实现了角度跟踪。将雷达接收到的信号转换成数字信号,根据等信号法的振幅和差法,结合相位法,对数据进行分析和处理,模拟雷达的搜索跟踪过程。结果证明,用该方法实现角度跟踪满足精度要求。

关键词：半物理仿真系统角度跟踪数字方法振幅和差法

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邮轮综合电网半物理仿真系统的研究

邮轮综合电网半物理仿真系统的研究

作者：王晓超哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

对大型邮轮综合电网进行设备装配时,任何单体设备投入系统运行之前,都要对其进行稳定性检验。但由于综合电网中各个模块的配置成本较高,同时,可能出现在检验过程中单体设备对邮轮电网的影响过大,使邮轮电网电压产生较大的畸变。为此,一... 详细信息

对大型邮轮综合电网进行设备装配时,任何单体设备投入系统运行之前,都要对其进行稳定性检验。但由于综合电网中各个模块的配置成本较高,同时,可能出现在检验过程中单体设备对邮轮电网的影响过大,使邮轮电网电压产生较大的畸变。为此,一般采用在计算机上利用电力系统仿真软件建立数学模型的方法,进行单体设备装载系统前的实验验证工作。但利用电力仿真软件建立数学模型,与真实的邮轮电网物理系统存在一定差距,仿真置信度不足,采用硬件在环的半物理仿真可以克服这一缺点。同时,配合虚拟仪器技术,完成针对大型邮轮综合电网的各种测试,根据实际运行需要,进行系统参数设定与调试,缩短建设周期与应用投入的时间,提高系统建造效率。针对大型邮轮综合电网的发电、配电、用电分系统,采用模块化设计,使得半物理仿真平台,具有开放的软件开发接口及硬件目标机,设计模型开发、仿真运行,最终实现半实物测试。仿真系统中的物理设备包括I/O、数据通讯接口、被测物或实验装置上的传感器、控制器、控制电机、电力电子装置、仪表等设备的互联。通过I/O接口与外部控制设备互连,为系统提供一个电网性能研究和测试的真实开发环境。物理仿真系统对于系统优化方面较传统的软件仿真也有很大优势,可以通过替换元器件及部分实物的方式,优化系统实时性及运行精度。本文以嵌入式技术、工业控制技术结合Lab VIEW软件,在分析了大型邮轮综合电网的组成、特点及工作原理后,结合Vista级豪华邮轮,设计针对于大型邮轮综合电网的控制器硬件在环仿真(CHIL)和功率设备的硬件在环仿真(PHIL),建立邮轮综合电网高保真度的模型。通过对实船设备提供标准电压等级及预留系统接口,可用于构建比较完整的邮轮电网实验平台。为邮轮综合电网性能指标优化方法研究、改善邮轮电网的电能质量提供解决方案。通过现场采集控制器及功率物理设备信息建立数学模型,离线模拟故障状态,依据相应的标准进行故障分析,模拟实际系统的工作状态,分析系统的动态特性,验证管理控制策略的正确性及有效的调控手段。

关键词：邮轮综合电网半物理仿真系统嵌入式技术硬件在环

燃气轮机数字式燃油控制半物理仿真系统设计与研究

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燃气轮机数字式燃油控制半物理仿真系统设计与研究

作者：李方熠上海交通大学

学位级别：硕士

船用燃气轮机数字式燃油控制系统有着稳态精度高,易于实现更先进控制算法以及对燃油清洁度不敏感等优点,使其越来越受到各国海军的重视,并将其列为未来海军发展的主要项目之一。半物理仿真是燃气轮机数字式燃油控制系统研发过程中所使... 详细信息

船用燃气轮机数字式燃油控制系统有着稳态精度高,易于实现更先进控制算法以及对燃油清洁度不敏感等优点,使其越来越受到各国海军的重视,并将其列为未来海军发展的主要项目之一。半物理仿真是燃气轮机数字式燃油控制系统研发过程中所使用的一种重要的技术手段,它能减少研发过程中的风险和成本,缩短开发时间,提高设计质量。本文以燃气轮机数字式燃油控制为研究对象,以船用燃气轮机仿真为基础,设计并搭建了燃气轮机数字式燃油控制半物理仿真系统。本文研究的主要内容包括: (1)采用非线性模块化的方法建立起船用燃气轮机仿真模型,并利用图形化编程语言LabVIEW编写燃气轮机仿真程序。 (2)研究船用燃气轮机控制系统的特点,并设计燃气轮机油燃控制系统。为了设定控制系统的控制参数,通过系统析分及参数识别等方法获得燃气轮机线性动态方程,并在基此础上根据稳定性原则以及前向通路零极点相消设计方法设定控制参数。 (3)设计并搭建了以燃油计量系统、PXI测控系统、上位机为主要组成部分的半物理仿真系统,并对系统进行动态能性测试,获取系统的动态性能参数。对半物理仿真系统系的统软件进行设计开发。运用模块化的设计方法将系统件软分为六个功能子模块进行设计编程,这六个功能子模分块别为:人机交互界面模块、燃气轮机仿真模块、燃油制控模块、系统软件项目管理以及数据接口部分。 (4)对半物理仿真系统进行实时性验证,并在此基础上利半用物理仿真系统对数字式燃油控制系统进行半物理仿真试验。

关键词：燃气轮机数字式燃油控制半物理仿真系统实时性验证

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卫星半物理仿真系统实时接口研究与实现

系统仿真学报 1995年第2期7卷 31-35页

作者：赵玉清张新邦夏全北京控制工程研究所

本文介绍了卫星半物理仿真系统的组成及实时接口方案设计，给出了其硬件设计技术及软件设计技术，提出了采用以太网将各种数据采集计算机及数据处理计算机联在一起的设计方案，并进行了可靠性分析。

关键词：卫星半物理仿真系统实时接口卫星轨道

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半物理仿真系统中定时及数据通信研究

测控技术 2002年第9期21卷 60-62页

作者：张会生刘华立刘峻上海交通大学机械与动力工程学院上海200030 南京大学计算机系江苏南京210002

半物理仿真系统的建立要求实物部件能够在指定的时刻发送和接收信息 ,并与模型计算单元进行数据通信 ,因此定时的准确性和数据通信速度关系到系统的稳定性和精度。本研究针对常用的Windows操作系统 ,分析了定时和数据通信存在的主要问... 详细信息

半物理仿真系统的建立要求实物部件能够在指定的时刻发送和接收信息 ,并与模型计算单元进行数据通信 ,因此定时的准确性和数据通信速度关系到系统的稳定性和精度。本研究针对常用的Windows操作系统 ,分析了定时和数据通信存在的主要问题并对其实现方法进行了研究 ,从而为分布式系统中的定时问题提供一种实用、精确的方法。

关键词：半物理仿真系统定时数据通信时钟同步