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全局和声搜索方法及其在仿人灵巧臂逆运动学求解中的应用 被引量:14
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作者 任子武 王振华 孙立宁 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第7期867-876,共10页
仿人灵巧臂逆运动学(IK)问题可转化为等效的最小化问题,并采用数值优化方法求解.和声搜索(HS)是模拟乐师在音乐演奏中调整音调现象的一种启发式搜索方法,目前还尚未在机器人机械臂逆运动学问题中得到应用.本文提出一种基于粒子群体智能... 仿人灵巧臂逆运动学(IK)问题可转化为等效的最小化问题,并采用数值优化方法求解.和声搜索(HS)是模拟乐师在音乐演奏中调整音调现象的一种启发式搜索方法,目前还尚未在机器人机械臂逆运动学问题中得到应用.本文提出一种基于粒子群体智能的全局和声搜索方法(GHSA),该方法在和声搜索算法中引入微粒群操作(PSO),采用粒子群策略替代常规和声搜索算法中的搜索法则创作新和声,通过粒子自身认知和群体知识更新和声变量位置信息平衡算法对解空间全局探索与局部开发间能力;同时算法还引入变异操作增强算法跳出局部最优解能力,基准函数测试表明该方法改善了全局搜索能力及求解可靠性.在此基础上以七自由度(7-DOF)冗余仿人灵巧臂为例,考虑以灵巧臂末端位姿误差和"舒适度"指标构建适应度函数并采用GHSA算法求解其逆运动学(IK)问题,数值仿真结果表明了该方法是解决仿人灵巧臂逆运动学问题的一种有效方法. 展开更多
关键词 和声搜索算法 粒子群优化 七自由度仿人灵巧臂 逆运动学求解
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快速连续反应-避障作业环境下的七自由度灵巧臂轨迹规划 被引量:7
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作者 任子武 朱秋国 熊蓉 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第6期1131-1144,共14页
人类经长期学习训练后能对高速物体(如棒球、乒乓球等)具有快速连续反应作业的运动技能,从深层次上揭示是由于人体在其训练过程中不断"学习优选"了相应手臂的动作轨迹,并储存了丰富的"经验"和"知识".受... 人类经长期学习训练后能对高速物体(如棒球、乒乓球等)具有快速连续反应作业的运动技能,从深层次上揭示是由于人体在其训练过程中不断"学习优选"了相应手臂的动作轨迹,并储存了丰富的"经验"和"知识".受人体手臂动作此行为机制启发,本文提出一种7-DOF灵巧臂快速连续反应–避障作业的轨迹规划方法.该方法将灵巧臂对高速物体目标作业的轨迹规划问题转化为动作轨迹参数化优选问题,考虑作业过程中灵巧臂的机构物理约束和障碍约束条件,以灵巧臂"目标可作业度"指标构建适应度函数,采用粒子群优化(Particle swarm optimization,PSO)方法优选作业轨迹中的冗余参数;在此基础上利用灵巧臂动作轨迹参数化优选方法构建相应作业环境下的"知识"数据库,实现灵巧臂对高速物体目标的快速连续反应作业.以仿人机器人乒乓球对弈作业为例,将该方法应用于7-DOF灵巧臂乒乓球作业的轨迹规划中.数值实验及实际对弈试验结果表明,该方法不仅能使灵巧臂所规划的轨迹满足灵巧臂机构物理约束与障碍约束条件,同时能实现灵巧臂对乒乓球体的快速连续反应作业,验证了该方法的有效性. 展开更多
关键词 七自由度灵巧臂 快速连续反应–避障作业 轨迹参数化 知识数据库 粒子群优化
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虚拟现实技术在机器人臂/灵巧手遥操作中的应用 被引量:9
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作者 胡海鹰 李家炜 +2 位作者 王滨 王捷 刘宏 《系统仿真学报》 CAS CSCD 2004年第10期2305-2308,共4页
将虚拟现实技术应用机器人臂/灵巧手遥操作系统中,完成了环境建模、人-机接口、精确的图形碰撞检测和抓握稳定性分析,并实现了对虚拟环境中模型的实时误差校正。利用该虚拟现实系统,结合视觉反馈和力反馈,完成了按按钮、拉抽屉、抓握灯... 将虚拟现实技术应用机器人臂/灵巧手遥操作系统中,完成了环境建模、人-机接口、精确的图形碰撞检测和抓握稳定性分析,并实现了对虚拟环境中模型的实时误差校正。利用该虚拟现实系统,结合视觉反馈和力反馈,完成了按按钮、拉抽屉、抓握灯泡等遥操作任务。 展开更多
关键词 虚拟现实 遥操作 机器人/灵巧手系统 模型误差校正
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一种基于脊柱结构原理的超灵巧机械臂设计
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作者 王海荣 樊绍巍 +1 位作者 倪风雷 刘宏 《载人航天》 CSCD 2016年第5期544-549,共6页
针对超灵巧机械臂既要确保灵巧和柔顺还应具有一定承受外部载荷能力的设计难点,通过对比分析与超灵巧机械臂相关的生物结构,包括以象鼻和章鱼触手为代表的无骨架类和以脊柱和鸟类颈部为代表的有骨架类的特性,发现哺乳动物脊柱的结构可... 针对超灵巧机械臂既要确保灵巧和柔顺还应具有一定承受外部载荷能力的设计难点,通过对比分析与超灵巧机械臂相关的生物结构,包括以象鼻和章鱼触手为代表的无骨架类和以脊柱和鸟类颈部为代表的有骨架类的特性,发现哺乳动物脊柱的结构可以有效平衡灵巧性、柔顺性和负载能力之间的关系。在此基础上提出了一种基于脊柱结构原理的超灵巧机械臂,本体长约340 mm,最大直径39 mm,约占总长度的5.8%,剩下部分的直径为28 mm,本体重约500 g。该机械臂的负载能力通过刚度特性实验得到了验证,实验结果可为该机械臂在外部载荷作用下的应用提供参考。 展开更多
关键词 灵巧机械 脊柱 仿生学 刚度特性
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乒乓球机器人手臂及其击球策略 被引量:7
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作者 刘伊威 王滨 +1 位作者 姚郁 刘宏 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第3期33-38,共6页
为了实现机器人自主完成击打乒乓球的操作,构建了由双目视觉摄像头、嵌入式中控、六自由度机械臂、视觉处理计算机和监控计算机等组成的乒乓球机器人系统.灵巧臂采用关节模块化设计方法,共有6个自由度,集成有关节位置、电机位置、关节... 为了实现机器人自主完成击打乒乓球的操作,构建了由双目视觉摄像头、嵌入式中控、六自由度机械臂、视觉处理计算机和监控计算机等组成的乒乓球机器人系统.灵巧臂采用关节模块化设计方法,共有6个自由度,集成有关节位置、电机位置、关节力矩、驱动电流及温度等多种传感器.采用模块化、多层次的手臂电气结构,基于FPGA(field program-mable gate arrays)实现关节的通讯、电机驱动、传感器信息采集与处理等功能.中控处理器实现击打策略、机械臂正逆运动学、轨迹规划等,采用Intel Core II双核嵌入式CPU作为控制核心,以FPGA作为通信逻辑控制芯片.采用系统辨识方法预测乒乓球的轨迹,通过采集多个点,有效地减少偶然误差,提高预测精度.以预测的轨迹方程、乒乓球机器人的工作空间为基础,确定击球点的位置、姿态及速度;在机械臂的任务规划中,采用多个点、多个运动过程约束手臂末端的运动路径,提高击球成功率.击球实验证明了机器人系统及控制策略的有效性. 展开更多
关键词 乒乓球机器人 灵巧臂 击球策略 运动路径 轨迹规划
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面向人机协作系统的上肢姿态精准识别算法研究 被引量:4
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作者 张堃 刘志诚 +2 位作者 刘纪元 华亮 费敏锐 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期275-282,共8页
在基于姿态识别协同控制灵巧手机械臂的任务中,会出现身体部位相互遮挡以及非操作人员身体干扰的问题。因此本文提出了一种面向人机协作系统的上肢姿态精准识别算法,能够有效排除遮挡和干扰问题。该算法首先基于Finger-YOLOv4算法框选... 在基于姿态识别协同控制灵巧手机械臂的任务中,会出现身体部位相互遮挡以及非操作人员身体干扰的问题。因此本文提出了一种面向人机协作系统的上肢姿态精准识别算法,能够有效排除遮挡和干扰问题。该算法首先基于Finger-YOLOv4算法框选出人体上肢区域;其次通过稀疏性目标提取算法排除非操作人员身体干扰;然后在设计的双特征条件随机场网络中进行深度学习,解决遮挡导致的类内模糊问题,精准定位人体上肢的48个关键点坐标;最后,根据关键点坐标进行人体上肢的姿态预测,将人体上肢的姿态与灵巧手机械臂的姿态进行映射,完成人机协作。实验表明,本算法平均检测速度33 FPS,关键点平均检测精度75.2%,协同操作完成度98%。满足实际需求。 展开更多
关键词 人机协作 Finger-YOLOv4算法 稀疏性目标提取 双特征条件随机场网络 灵巧手机械
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螺旋桨清洗机器人超灵巧机械臂设计 被引量:2
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作者 罗天洪 王晴 马翔宇 《工程科学学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第6期924-932,共9页
针对轮船螺旋桨清洗时因空间结构曲面复杂而难清理的问题,设计一种搭载于水下吸附式机器人载体上的射流超灵巧机械臂(hyper-dexterous manipulator,HDM)清洗装置.结合无骨架类生物肌肉高自由度特点构建超灵巧机械臂结构,采用虎克铰接的... 针对轮船螺旋桨清洗时因空间结构曲面复杂而难清理的问题,设计一种搭载于水下吸附式机器人载体上的射流超灵巧机械臂(hyper-dexterous manipulator,HDM)清洗装置.结合无骨架类生物肌肉高自由度特点构建超灵巧机械臂结构,采用虎克铰接的连接方式替换相邻关节连接处的柔性构件,兼顾了高压水射流承载压力高的特点.运用几何分析法对单端机械臂进行正逆运动学建模,基于多关节连杆变换通式推导出基于等圆弧假设下的机械臂模型,进而得出其多关节驱动空间与操作空间的映射关系.仿真实验和物理实验对比结果表明,所设计的机械臂能够达到期望的操作空间位姿,并能在加载实验下保证一定的鲁棒性. 展开更多
关键词 清洗机器人 灵巧机械 刚柔耦合 仿生学
原文传递
System design of a dexterous lightweight robot arm with remote control
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作者 Li Tian Sun Kui Jiang Zainan Xie Zongwu Liu Hong 《High Technology Letters》 EI CAS 2012年第3期248-255,共8页
This paper presents a novel remote controlled dexterous robot arm with 6 degrees of freedom (DOF). As a highly integrated mechatronics system, sensors and their signal processing system are integrated inside each jo... This paper presents a novel remote controlled dexterous robot arm with 6 degrees of freedom (DOF). As a highly integrated mechatronics system, sensors and their signal processing system are integrated inside each joint. To lighten the weight, almost all mechanical parts are made of aluminum and the robot control system is placed outside. The modular concept is adopted during the robot design process for time and cost saving. Considering the much greater torque acted on the two shoulder joints, the joint shells are strengthened in the design to increase joint stiffness and suppress system vibration. Meanwhile, to simplify the maintenance, a new spring pins electronic connector is designed to disassemble every joint, connector and link independently without cutting any cables. The teleoperation technology enables the robot to offer more convenient service definitely for people' s daily life. Virtual reality technology is used to solve the time delay problem during teleoperation. Finally, two typical daily chore experiments are implemented to prove the manipulation ability of the dexterous robot arm. 展开更多
关键词 dexterous robot arm LIGHTWEIGHT modular joint virtual reality l multisensory ca-pability
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