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基于可穿戴式多模态人机接口的机械臂运动控制方法

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机器人 2024年第1期46卷 68-80页

作者：陆子霖周亚军黄骐云李远清华南理工大学自动化科学与工程学院广东广州510640 人工智能与数字经济广东省实验室(广州)脑机智能研究中心广东广州510330 华南脑控(广东)智能科技有限公司广东广州510320

现有的人机接口系统存在指令较少、操作困难、任务能力受限等问题,无法有效拓展到机械臂的多维运动控制。本文提出了一种基于可穿戴式多模态人机接口的机械臂运动控制方法。该方法结合用户的眼电、头部姿态和语音等多模态信号,将其转换... 详细信息

现有的人机接口系统存在指令较少、操作困难、任务能力受限等问题,无法有效拓展到机械臂的多维运动控制。本文提出了一种基于可穿戴式多模态人机接口的机械臂运动控制方法。该方法结合用户的眼电、头部姿态和语音等多模态信号,将其转换成控制指令,从而实现对机械臂在任意角度下的2维和3维连续运动控制。由10名受试者完成了指令输出、2维目标跟踪、字母书写和3维物体抓取等测试。结果显示,系统利用眨眼动作生成指令的平均准确率为96.67%,平均响应时间为1.51 s,平均信息传输率为142.53 bit/min,平均误报率为0.05次/分钟。此外,系统在2维平面沿2条不同路线跟踪目标的均方根偏差分别为0.12和0.14(归一化),抓取3维物体时的平均轨迹效率为92.65%,系统的控制效果与手动控制效果相当。实验结果验证了利用该多模态人机接口实现机械臂高效运动控制的可行性以及它在上肢运动功能辅助方面的应用潜力。

关键词：多模态人机接口可穿戴设备机械臂运动控制

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面向空地中继网络优化的无人机运动控制方法

系统工程与电子技术 2024年第5期46卷 1712-1723页

作者：陶灿灿周锐北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191

本文提出一种基于模型的通信中继无人机运动控制方法,旨在提高地面车辆编队的网络连通性和通信性能。通过联合考虑未知多用户移动性、环境对信道特性的影响以及接收信号的不可用到达角信息来解决中继无人机运动控制问题。该方法主要由... 详细信息

本文提出一种基于模型的通信中继无人机运动控制方法,旨在提高地面车辆编队的网络连通性和通信性能。通过联合考虑未知多用户移动性、环境对信道特性的影响以及接收信号的不可用到达角信息来解决中继无人机运动控制问题。该方法主要由两部分构成:①利用图论中的最小生成树构建网络连接性并定义通信性能指标,该网络连接性同时考虑了地面节点与无人机的通信链路及地面节点与地面节点的通信链路;②针对移动节点的通信中继,提出一种改进粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)和非线性模型预测控制(nonlinear model predictive control,NMPC)相结合的中继无人机运动控制策略,其中移动节点的未来位置由卡尔曼滤波器进行预测。在单一环境和复杂环境下的仿真结果表明,所提出的运动控制方法可以驱使无人机到达或跟踪最优中继位置的运动并提高网络性能,同时论证了考虑环境对信道的影响是有益的。

关键词：无人机中继通信运动控制最小生成树非线性模型预测控制改进粒子群优化

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足式机器人SLIP模型向上跳跃台阶的运动控制

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控制理论与应用 2024年第4期41卷 631-637页

作者：肖乐伞红军孙海杰陈久朋昆明理工大学机电工程学院云南昆明650500 云南省先进装备智能制造技术重点实验室云南昆明650500

由于存在地势起伏,台阶对足式机器人运动稳定性会带来较大挑战.弹簧负载倒立摆模型(SLIP)作为研究足式机器人的优良模板,能否完成向上跳跃台阶的动作与其腿部摆角,起跳位置和跳跃高度都有密切的关系.由于调整模型腿部摆角规律容易引发... 详细信息

由于存在地势起伏,台阶对足式机器人运动稳定性会带来较大挑战.弹簧负载倒立摆模型(SLIP)作为研究足式机器人的优良模板,能否完成向上跳跃台阶的动作与其腿部摆角,起跳位置和跳跃高度都有密切的关系.由于调整模型腿部摆角规律容易引发运动失效,故本文在算法中引入虚拟弹簧腿,根据虚拟弹簧腿的运行规律确定合理起跳位置,根据起跳位置来控制系统跳跃高度进而完成跳跃台阶的动作.最后利用仿真软件进行多组仿真,结果表明本文算法对起跳区间划分合理,对起跳高度控制精准,能够实现SLIP模型跳跃台阶前后的稳定运动.

关键词：足式机器人运动控制 SLIP模型台阶地形能量补充

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基于等效动稳定性系数的潜艇运动控制方法

中国造船 2024年第1期65卷 52-62页

作者：王世鹏林兆伟董根金周友明武汉第二船舶设计研究所武汉430064

对由线性运动方程和Routh-Hurwitz判别法导得的操舵比例函数求解,获得潜艇运动控制新方法,将控制增稳所需的修正舵角与原舵角组合成新指令舵角,可改善潜艇的航行品质。以具有十字舵的某型潜艇为对象求解6自由度运动方程,其中典型的潜艇... 详细信息

对由线性运动方程和Routh-Hurwitz判别法导得的操舵比例函数求解,获得潜艇运动控制新方法,将控制增稳所需的修正舵角与原舵角组合成新指令舵角,可改善潜艇的航行品质。以具有十字舵的某型潜艇为对象求解6自由度运动方程,其中典型的潜艇水下定深回转工况仿真模拟表明:操舵比例系数与水动力导数和等效动稳定系数有关,控制增稳效果受到运动特征量和潜艇操舵角度等因素的影响。潜艇运动控制新方法改善了潜艇航行过程中的运动响应,提高了那些由于自动稳定性不足而难以操控的潜艇的控制稳定性。潜艇运动控制新方法为未来潜艇通过减小操纵面来优化自身综合水动力性能提供了新的技术途径。

关键词：动稳定性系数运动控制自动稳定性控制稳定性水动力

基于容腔压力规划的非模式切换负载口独立电液系统运动控制

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机械工程学报 2024年第2期60卷 302-312页

作者：陈正吕立彤王飞姚斌李冬明刘红光张国良浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室杭州310027 浙江大学海洋学院舟山316021 石家庄铁道大学机械工程学院石家庄050043 北京航天发射技术研究所北京100072 美国普渡大学机械工程学院美国西拉法叶IN47907 江苏恒立液压股份有限公司常州213164

负载口独立系统是近年来电液系统的研究热点,但该系统在控制设计上呈现“双输入单输出”特性,控制设计的灵活性是其中关键问题;现有研究主要采用模式切换方法,但不同模式下执行器同一容腔的控制目标频繁切换,易造成压力波动。为此,提出... 详细信息

负载口独立系统是近年来电液系统的研究热点,但该系统在控制设计上呈现“双输入单输出”特性,控制设计的灵活性是其中关键问题;现有研究主要采用模式切换方法,但不同模式下执行器同一容腔的控制目标频繁切换,易造成压力波动。为此,提出基于容腔压力规划和压力跟踪控制的负载口独立系统控制方法,首先基于液压缸理想驱动力,为有杆腔规划出连续可导的压力参考轨迹,进而为两腔单独设计压力跟踪和运动跟踪控制器,从根本上避免模式切换造成的控制目标不连续。最后,针对动态的正、负负载工况,与主流模式切换方法开展对比试验,证实模式切换导致压力波动的现象,验证此方法可以有效降低容腔压力波动幅度,使负载口独立控制系统的动态过程更为平稳。

关键词：负载口独立系统压力控制运动控制

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双腿轮式机器人运动控制研究

工程科学与技术 2024年第05期 156-167页

作者：余坼操马心知朱学军杨旭东赖惠鸽杨爱迪宁夏大学机械工程学院安徽飞迪航空科技有限公司

双腿轮式机器人融合了足式与轮式机器人的优势，展现出灵活性和高速高效特性。然而，精确控制这类机器人需要对运动学和动力学模型进行深入研究。此外，欠驱动、强耦合和非线性等控制难点也进一步加剧了机器人运动与自平衡控制的挑战。... 详细信息

双腿轮式机器人融合了足式与轮式机器人的优势，展现出灵活性和高速高效特性。然而，精确控制这类机器人需要对运动学和动力学模型进行深入研究。此外，欠驱动、强耦合和非线性等控制难点也进一步加剧了机器人运动与自平衡控制的挑战。为应对这一挑战，本文提出一种分布式动力学建模策略，分别对机器人的躯干及腿轮子系统进行了精确建模，保留了机器人的所有动力学特性，并据此设计出以腿轮末端输出力矩为控制目标的力矩解算器。随后，基于该模型创新性地提出一种全身力矩控制框架，旨在实现双腿轮式机器人的运动控制和动态平衡。为进一步提升其运动性能，还规划了多运动模式，并成功地集成到全身力矩控制系统中。在MATLAB环境下搭建了双腿轮式机器人仿真实验平台，设计了两种行走实验方案和3种不同跳跃高度的仿真实验。实验结果表明，行走速度误差小于0.09 m/s，跳跃高度误差控制在0.02 m以内，验证了控制策略的可行性。最后，搭建了腿轮融接型复合结构的双腿轮式机器人，成功开展了机器人多运动模式实验，进一步证实了机器人在运动控制作业中的高精度表现，其躯干高度误差在3.38 mm以内，俯仰角误差不超过0.04 rad。研究结果充分验证了分布式全身动力学建模的精确性以及全身力矩控制系统的有效性，为双腿轮式机器人的运动控制研究提供了新的理论框架和实践指导。

关键词：双腿轮式机器人分布式模型力矩控制运动控制

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双腿轮式机器人运动控制研究

工程科学与技术 2024年

作者：余坼操马心知朱学军杨旭东赖惠鸽杨爱迪安徽飞迪航空科技有限公司宁夏大学机械工程学院

双腿轮式机器人兼具足式和轮式机器人的高速高效性和灵活性，但该类机器人的运动控制高度依赖于精确的动力学模型，同时具有欠驱动、强耦合、非线性等控制难点，导致机器人难以实现运动控制和自平衡控制。首先，针对双腿轮式机器人依赖... 详细信息

双腿轮式机器人兼具足式和轮式机器人的高速高效性和灵活性，但该类机器人的运动控制高度依赖于精确的动力学模型，同时具有欠驱动、强耦合、非线性等控制难点，导致机器人难以实现运动控制和自平衡控制。首先，针对双腿轮式机器人依赖于高精度动力学模型的问题，本文基于分布式模型的动力学关系，分别建立了躯干子系统、腿轮子系统的动力学模型，保留了机器人的所有动力学特性，构造出以腿轮末端输出力矩为控制目标的力矩解算器。然后，基于分布式动力学模型提出一种全身力矩控制框架，以实现机器人的运动控制和动态平衡。为提高双腿轮式机器人的运动性能，提出多运动模式的规划方法，并基于全身力矩控制系统实现。在MATLAB中搭建出双腿轮式机器人仿真实验平台，设置了两种行走实验方案和三种不同跳跃高度的仿真实验，其行走速度误差不超过0.09m/s，跳跃高度误差不超过0.02m，证明了控制系统的可行性；最后搭建出物理实验平台，并进行了机器人多运动模式试验。试验结果表明：该机器人能够顺利完成运动控制作业，其躯干高度误差不超过3.38mm，俯仰角误差不超过0.04rad，验证了分布式全身动力学建模的正确性以及全身力矩控制系统的有效性，为双腿轮式机器人运动控制研究提供有效参考依据。

关键词：双腿轮式机器人分布式模型力矩控制运动控制

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全软体动物运动控制对仿生机器人设计的启发

中国科学：生命科学 2024年第2期54卷 308-324页

作者：龚哲峰郑能干陆豪健浙江大学脑科学与脑医学学院杭州310058 浙江大学医学院附属第四医院神经内科义乌322000 浙江大学求是高等研究院杭州310007 浙江大学控制学院杭州310007

如何实现灵活准确的运动控制是仿生软体机器人研究中的一个重要难题.但对全软体动物而言,经过长期进化选择,其神经系统运动控制功能和骨骼肌肉系统的运动执行功能之间的优越配合,可以产生灵活多样、收放自如的运动,且具有良好的环境适应... 详细信息

如何实现灵活准确的运动控制是仿生软体机器人研究中的一个重要难题.但对全软体动物而言,经过长期进化选择,其神经系统运动控制功能和骨骼肌肉系统的运动执行功能之间的优越配合,可以产生灵活多样、收放自如的运动,且具有良好的环境适应性.因此,对软体动物的运动控制机制进行深度仿生研究可以为提升软体机器人的性能提供新的思路.本文选择水母、水蛭、线虫、果蝇幼虫等无脊椎全软体动物作为分析对象,介绍其运动行为的神经肌肉基础,并结合相关神经力学模型介绍全软体动物运动神经控制机制的特性.通过对比不同的仿生机器人与全软体动物原型,提出了借鉴神经力学模型对仿生机器人设计进行改进的思路.最后,分析了现有全软体动物运动的神经力学模型的不足,提出了系统性研究全软体动物运动控制机制和神经力学建模的思路,并展望了软体机器人进行运动控制仿生的方式以及高性能软体机器人的潜在应用场景.

关键词：全软体动物运动控制神经力学模型仿生软体机器人

激光引导的运动控制训练联合常规康复治疗对颈型颈椎病患者颈椎功能的影响

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中华物理医学与康复杂志 2024年第2期46卷 153-155页

作者：孙振双王学锋曹留拴邹丽丽高玉芳史智君蔡西国河南省人民医院郑州大学人民医院河南大学人民医院康复科郑州450003

目的:观察激光引导运动控制训练联合常规康复治疗对颈型颈椎病患者对颈型颈椎病患者疼痛、颈椎功能和头部前倾姿势的影响。方法:纳入符合标准的颈型颈椎病患者60例,按随机数字法分为激光引导运动控制训练组(观察组)和常规治疗组(对照组)... 详细信息

目的:观察激光引导运动控制训练联合常规康复治疗对颈型颈椎病患者对颈型颈椎病患者疼痛、颈椎功能和头部前倾姿势的影响。方法:纳入符合标准的颈型颈椎病患者60例,按随机数字法分为激光引导运动控制训练组(观察组)和常规治疗组(对照组),对照组给予常规推拿和理疗治疗,观察组在对照组治疗方案的基础上增加激光引导运动控制训练。激光引导运动控制训练每日训练3轮(每日共30 min),每周训练5 d,连续训练4周。于治疗前、治疗4周后(治疗后)和治疗结束4周后(随访时)采用颈椎功能障碍指数量表(NDI)、目测类比法(VAS)和颅椎角(CVA)分别评估2组患者的颈部功能、颈部疼痛程度和头部前倾角。结果:治疗后和随访时,2组患者的NDI评分、VAS评分和CVA较组内治疗前均明显改善,差异均有统计学意义( P运动控制训练可显著改善颈椎病患者的头部前倾姿势,并减少其疼痛和颈椎功能。

关键词：激光运动控制颈椎病头部前倾疼痛