6-PSU并联机器人动力学模型辩识及其驱动力矩估计新方法

1

作者 谢兴彪 张晓旭 +1 位作者 孙秀婷 徐鉴 《力学学报》 北大核心 2025年第1期183-198,共16页

并联机器人运动奇异常常会导致电机驱动力矩过载甚至损坏.为降低驱动电机的故障率,以6-PSU型并联机器人为研究对象,提出了基于动力学建模及其参数辨识的解决方案,能够根据预设轨迹提前精确估计驱动力矩以便用于安全性校核.首先,结合凯... 并联机器人运动奇异常常会导致电机驱动力矩过载甚至损坏.为降低驱动电机的故障率,以6-PSU型并联机器人为研究对象,提出了基于动力学建模及其参数辨识的解决方案,能够根据预设轨迹提前精确估计驱动力矩以便用于安全性校核.首先,结合凯恩方法和虚功原理,建立了包含滚珠丝杠模组摩擦、伺服电机摩擦和惯性的逆动力学精细化模型;其次,利用QR分解获得了最小可辨识参数集,并在此基础上考虑了连杆截面的对称性特点,发现了可忽略的连杆惯量,得到了简化的线性化模型;此外,利用统计的方法,验证了激励轨迹优化时考虑摩擦的必要性;然后,利用Simulink/Multibody搭建机器人物理仿真模型进行了参数辨识与驱动力矩估计仿真实验,针对最小可辨识参数集模型和简化模型分别定量分析了两者的参数辨识精度、驱动力估计精度以及抗噪能力;最后,在6-PSU型并联机器人平台上开展了实验验证.结果表明,提出的简化模型在保证相同驱动力矩估计精度的前提下,有效简化了模型复杂度,具有明确的工程价值. 展开更多

关键词 并联机器人 凯恩方法 关节摩擦 激励轨迹优化 参数辨识

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机器人辅助手部运动神经康复系统的进展与趋势研究 被引量：1

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作者 程绮颖 王友好 +3 位作者 杜强 李阳 罗静静 王洪波 《中国体视学与图像分析》 2021年第1期24-38,共15页

基于脑机接口(BCI)的神经反馈训练是一种用于脑卒中后运动康复的新方法,与传统康复方式不同,这种方法可以调动患者训练的主动性,提高大脑的参与度,诱发神经功能重组,从而改善康复训练的效果。本文针对融合手功能康复机器人的神经反馈训... 基于脑机接口(BCI)的神经反馈训练是一种用于脑卒中后运动康复的新方法,与传统康复方式不同,这种方法可以调动患者训练的主动性,提高大脑的参与度,诱发神经功能重组,从而改善康复训练的效果。本文针对融合手功能康复机器人的神经反馈训练系统进行深入调研,通过手部运动神经活动诱发范式、手部康复机器人的运动反馈方式、神经解码方式和手部康复训练评价方式的介绍,分析神经反馈训练系统的研究现状,揭示神经可塑性机制在康复医学中的转化及其应用研究不足,并基于当前需要解决的问题,探讨系统效用提升的途径。 展开更多

关键词 康复训练系统 运动神经反馈 手功能康复 脑机接口 脑功能重组

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模块化可重构机器人动力学研究进展 被引量：1

3

作者 周柏李 方虹斌 徐鉴 《动力学与控制学报》 2023年第1期1-17,共17页

模块化可重构机器人由于其构型多变,运动形式丰富等特点,可以在非结构化环境或未知环境中执行任务,在最近几年迅速成为机器人研究领域的前沿和热点.模块化可重构机器人在军事、医疗、教育等众多工程领域具有广泛的应用前景,其典型代表... 模块化可重构机器人由于其构型多变,运动形式丰富等特点,可以在非结构化环境或未知环境中执行任务,在最近几年迅速成为机器人研究领域的前沿和热点.模块化可重构机器人在军事、医疗、教育等众多工程领域具有广泛的应用前景,其典型代表包括仿生多足模块化机器人、模块化可重构机械臂、晶格式模块化机器人等.模块化可重构机器人丰富的构型设计、多样的连接特征、不断拓展的应用范围,给动力学建模与控制带来了很多挑战和机遇.本文首先阐述了模块化可重构机器人的研究背景和意义,并概述了其构型分类与设计、构型描述与运动学建模方法.随后,本文系统回顾了模块化可重构机器人动力学研究中相关问题的最新进展,包括:(1)系统整体动力学建模;(2)结合面以及对接机构动力学建模;(3)基于动力学模型的控制方法.本文最后提出了模块化可重构机器人动力学研究中若干值得关注的问题. 展开更多

关键词 模块化可重构机器人 构型分类 动力学建模 结合面建模 动力学控制

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一款仿蚯蚓机器人的纤维驱动特性建模与辨识 被引量：2

4

作者 刁斌斌 徐鉴 +1 位作者 何健锋 张晓旭 《动力学与控制学报》 2023年第2期1-11,共11页

针对一款Yoshimura折纸结构仿蚯蚓移动机器人,本文提出了基于人工肌肉纤维驱动的折展-纤维机器人新构型.该人工肌肉纤维为镀银尼龙线材质,以电热方式实现纤维收缩驱动,是一种典型的力电热耦合材料.考虑到其力电热耦合特性尚未明确,本文... 针对一款Yoshimura折纸结构仿蚯蚓移动机器人,本文提出了基于人工肌肉纤维驱动的折展-纤维机器人新构型.该人工肌肉纤维为镀银尼龙线材质,以电热方式实现纤维收缩驱动,是一种典型的力电热耦合材料.考虑到其力电热耦合特性尚未明确,本文首先基于第一性原理提出了等长收缩状态下驱动电流-纤维温度微分模型,并通过NSGA-Ⅱ算法精确辨识了模型各参数.进一步,基于数据驱动建模方式明确了等长收缩状态下纤维温度-收缩力关系以及等温收缩状态下纤维变形-收缩力关系,最终实现了人工肌肉纤维力电热耦合特性的精确刻画,为新型仿蚯蚓移动机器人的运动性能分析和优化提供了理论基础. 展开更多

关键词 仿蚯蚓机器人 Yoshimura折纸 纤维驱动 力电热耦合 参数辨识

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软镜递送机器人平台的设计与性能评估 被引量：1

5

作者 王家玮 罗静静 +4 位作者 王洪波 潘琪琪 周昊宇 韩园 李文献 《中国科技论文》 CAS 北大核心 2023年第8期921-926,共6页

针对目前气管插管手术机器人控制精度和灵巧度不足的问题,设计了一种适配可视化软镜、用于气管插管术的软镜递送机器人操作平台。平台在结构设计的基础上,使用stm32主控板配合ps2手柄实现了对系统的远程控制。随后对软镜末端进行运动学... 针对目前气管插管手术机器人控制精度和灵巧度不足的问题,设计了一种适配可视化软镜、用于气管插管术的软镜递送机器人操作平台。平台在结构设计的基础上,使用stm32主控板配合ps2手柄实现了对系统的远程控制。随后对软镜末端进行运动学特性分析,探究了系统的主从端映射关系。为解决实际应用过程中存在误差的情况,提出了一套误差修正方法,并给出实例计算结果。为进一步评估平台系统的运动性能,在仿真环境下进行了气管插管复杂运动模拟实验。结果表明,机器人平台控制精度优于2 mm,配合可视化软镜能满足气管插管手术相关技术操作要求。 展开更多

关键词 气管插管术 智能机器人 远程操作 误差修正 内窥镜

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改进粒子群算法的工业机器人几何参数标定 被引量：13

6

作者 寇斌 郭士杰 任东城 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期9-13,共5页

针对传统粒子群(PSO)算法在解决工业机器人几何误差标定问题中存在的收敛速度慢的缺点,提出了一种基于两段式的动态粒子群算法(LDPSO-BT)。用Denavit-Hartenberg方法建立工业机器人的误差模型,将几何误差标定问题转换成对高维非线性方... 针对传统粒子群(PSO)算法在解决工业机器人几何误差标定问题中存在的收敛速度慢的缺点,提出了一种基于两段式的动态粒子群算法(LDPSO-BT)。用Denavit-Hartenberg方法建立工业机器人的误差模型,将几何误差标定问题转换成对高维非线性方程的求解;对粒子群数目进行线性递减,同时针对算法求解过程中粒子数目线性递减的特点,在改进粒子群算法迭代后期采用改进的搜索模式,对传统粒子群的速度迭代公式进行改进;仿真实验对比了工业机器人几何误差标定前与标定后两种算法的末端定位精度。实验结果表明:在采用粒子群算法辨识工业机器人实际几何参数的过程中,粒子群数目对算法的迭代时间有重要影响,通过线性递减的方式减少粒子群的粒子数目可以有效地减少工业机器人几何误差标定时间,同时在粒子群算法迭代后期采用改进的速度迭代公式可以确保收敛精度。与传统粒子群算法相比,使用改进后的粒子群算法,不仅可以有效减少工业机器人的定位误差,而且还拥有更高效的迭代效率。 展开更多

关键词 工业机器人 粒子群算法(PSO) 线性递减 几何误差 定位精度

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基于改进快速行进平方法的多移动机器人聚集路径规划与控制 被引量：1

7

作者 黄斌 俞凯文 +1 位作者 周柏李 方虹斌 《动力学与控制学报》 2023年第12期96-106,共11页

针对多移动机器人聚集的路径规划与控制问题,本文提出了基于改进快速行进平方法的路径规划策略.首先,运用分段函数改进了速度图,实现了更安全、更高效的路径规划,可以将快速行进网格地图上的速度映射到真实机器人速度上,并且减少传统快... 针对多移动机器人聚集的路径规划与控制问题,本文提出了基于改进快速行进平方法的路径规划策略.首先,运用分段函数改进了速度图,实现了更安全、更高效的路径规划,可以将快速行进网格地图上的速度映射到真实机器人速度上,并且减少传统快速行进平方法在回溯路径过程中产生的冗余路径;接着,针对多移动机器人聚集过程总能耗最小、聚集点附近空间最大、聚集队形约束下的聚集过程总能耗最小三种任务需求,分析设计不同的目标函数,给出多移动机器人的聚集点和对应规划路径,展示本文方法的有效性以及在不同场景下的适用性.最后,在车辆动力学模型基础上,使用模型预测控制以改进后的快速行进网格地图上的速度作为机器人参考速度进行了轨迹跟踪仿真实验,实现结果显示跟踪误差减小,验证了本文改进速度场的有效性,可适用于真实环境下多移动机器人聚集路径规划与控制. 展开更多

关键词 快速行进平方法 多移动机器人 聚集 路径规划 模型预测控制

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机器人作业工作空间分析与应用 被引量：4

8

作者 齐立哲 甘中学 孙云权 《机械设计》 CSCD 北大核心 2021年第10期15-21,共7页

为了更好地设计满足任务要求的机器人,文中通过分析机器人应用系统的特点,阐述了工业机器人应用系统作业点、单作业点作业矩阵空间、单作业点作业空间的含义,进而介绍了机器人作业工作空间的内涵;以机器人叶盘测量系统为例,展示了机器... 为了更好地设计满足任务要求的机器人,文中通过分析机器人应用系统的特点,阐述了工业机器人应用系统作业点、单作业点作业矩阵空间、单作业点作业空间的含义,进而介绍了机器人作业工作空间的内涵;以机器人叶盘测量系统为例,展示了机器人作业工作空间实际应用效果,为机器人结构设计、应用系统布局及避障提供了理论依据。 展开更多

关键词 工业机器人 作业矩阵 作业工作空间 叶盘测量

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具有非完整约束移动机器人的超宽带-惯导-里程计融合定位与能观测性分析 被引量：2

9

作者 周柏李 方虹斌 徐鉴 《动力学与控制学报》 2022年第6期64-75,共12页

为解决现有超宽带-惯导组合定位系统在轮式移动机器人的定位精度低、依赖高精度IMU等问题,提出了一种采用误差状态卡尔曼滤波融合超宽带-惯导-里程计的定位算法,利用里程计的线速度测量和由非完整约束隐含的伪测量,提高了移动机器人的... 为解决现有超宽带-惯导组合定位系统在轮式移动机器人的定位精度低、依赖高精度IMU等问题,提出了一种采用误差状态卡尔曼滤波融合超宽带-惯导-里程计的定位算法,利用里程计的线速度测量和由非完整约束隐含的伪测量,提高了移动机器人的位置和姿态估计精度.同时,对于由多传感器测量模型组成的非线性系统,通过基于李导数的能观性秩条件分析方法对该系统的能观测性进行了详细的理论分析与数学证明,得到了系统局部弱可观的条件,从而确定了系统状态可以被无偏估计所需要的测量输出以及控制输入.仿真结果表明,在满足能观测性条件时,本文提出的方法能够有效地获得移动机器人较准确的六自由度位姿,且相比传统方法显著提升了定位精度. 展开更多

关键词 多传感器融合 非完整约束 能观测性 误差状态卡尔曼滤波

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基于间接编码的形态自适应机器人神经网络控制器设计

10

作者 孙福磊 魏秉晟 +1 位作者 甘中学 李伟 《计算机应用与软件》 北大核心 2023年第4期60-67,共8页

为解决传统机器人神经网络控制器只适用于特定形态的问题,提出一种基于间接编码的渐进式方法来生成控制器。该方法使用进化计算实现,不针对特定形态设计控制器,而是寻找机器人形态和控制器之间的映射关系,控制器能够自适应形态的变化。... 为解决传统机器人神经网络控制器只适用于特定形态的问题,提出一种基于间接编码的渐进式方法来生成控制器。该方法使用进化计算实现,不针对特定形态设计控制器,而是寻找机器人形态和控制器之间的映射关系,控制器能够自适应形态的变化。实验通过机器人传感器失效来模拟机器人形态的改变。实验结果表明:当机器人某个传感器失效时,相比于常规的直接编码,使用间接编码的渐进式方法生成的控制器性能更好,表现出更好的健壮性,具有一定的形态自适应能力。 展开更多

关键词 机器人控制 进化计算 间接编码 形态变化 健壮性

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竞争与合作视角下的多Agent强化学习研究进展

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作者 田小禾 李伟 +3 位作者 许铮 刘天星 戚骁亚 甘中学 《计算机应用与软件》 北大核心 2024年第4期1-15,共15页

随着深度学习和强化学习研究取得长足的进展,多Agent强化学习已成为解决大规模复杂序贯决策问题的通用方法。为了推动该领域的发展,从竞争与合作的视角收集并总结近期相关的研究成果。该文介绍单Agent强化学习;分别介绍多Agent强化学习... 随着深度学习和强化学习研究取得长足的进展,多Agent强化学习已成为解决大规模复杂序贯决策问题的通用方法。为了推动该领域的发展,从竞争与合作的视角收集并总结近期相关的研究成果。该文介绍单Agent强化学习;分别介绍多Agent强化学习的基本理论框架——马尔可夫博弈以及扩展式博弈,并重点阐述了其在竞争、合作和混合三种场景下经典算法及其近期研究进展;讨论多Agent强化学习面临的核心挑战——环境的不稳定性,并通过一个例子对其解决思路进行总结与展望。 展开更多

关键词 深度学习 强化学习 多AGENT强化学习 环境的不稳定性

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结合单列多列神经网络的移动状态人群计数方法研究

12

作者 温宇健 郭士杰 《计算机应用与软件》 北大核心 2024年第6期194-199,共6页

已有人群计数方法局限于对人群的全部进行计数,在仅对人群中的移动者进行计数时准确率较低,基于注意力的多阶段深度学习框架被提出以解决这一问题。通过注意力机制适应性地在单列和多列计数网络进行选择,结合单列网络的深层特征表示能... 已有人群计数方法局限于对人群的全部进行计数,在仅对人群中的移动者进行计数时准确率较低,基于注意力的多阶段深度学习框架被提出以解决这一问题。通过注意力机制适应性地在单列和多列计数网络进行选择,结合单列网络的深层特征表示能力和多列网络多尺度特征学习能力,有效提取人群中移动者的特征。实验结果表明,所提出的方法均方误差(MSE)和平均绝对误差(MAE)皆低于已有人群计数方法,能够有效提高处于移动状态的人群的计数精度。 展开更多

关键词 人群计数 深度学习 单列多列网络 注意力机制

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数据驱动建模的地面切向作用力估计

13

作者 吕阳 陆畅 +2 位作者 张晓旭 陈文明 徐鉴 《医用生物力学》 北大核心 2025年第1期148-155,共8页

目的 建立从下肢运动学数据估算切向地面反作用力(GRF_t)的数据驱动模型,并从输入数量与估计精度的角度出发选择最合适的输入,以实现在户外步态实验中测量GRF_t。方法 利用10名受试者在5个不同坡度(-10°、-5°、0°、5
... 目的 建立从下肢运动学数据估算切向地面反作用力(GRF_t)的数据驱动模型,并从输入数量与估计精度的角度出发选择最合适的输入,以实现在户外步态实验中测量GRF_t。方法 利用10名受试者在5个不同坡度(-10°、-5°、0°、5°、10°)下的步态数据,训练反向传播神经网络(backpropagation neural network, BPNN)和多项式稀疏回归(polynomial sparse identification, PSI)模型两种数据驱动模型,用以估算GRF_t。评估8种运动学数据组合与法向地面作用力(GRF_n)作为模型输入的性能结果,以确定最佳的模型和模型输入。结果 在相同输入维度下,髋-膝关节角度组合比膝-踝关节角度组合更能准确地估算GRF_t。具体而言,基于前者组合的BPNN和PSI模型预测GRF_t的误差分别为1.61%BW(体重)和1.84%BW,而基于后者组合的模型误差分别为2.82%BW和3.15%BW。将GRF_n与所有关节角度作为输入,模型的预测误差仅为1.46%BW。结论 GRF_n与髋-膝关节角度的组合在计算复杂度和估计精度之间实现了最佳平衡。研究结果有助于实现在室外步态测试中准确估算GRF_t。 展开更多

关键词 户外步态测试 反向传播神经网络 多项式稀疏辨识 输入筛选 地面作用力估计

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精确抓握力量控制的脑动力学研究

14

作者 张娜 李可 +2 位作者 侯莹 张冬梅 魏娜 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第6期711-718,共8页

精确抓握是人类完成多种精细复杂操作的基础,其神经控制机制极其复杂。目前对于精确抓握力量调节时大脑的动力学变化机制尚不明确。探究不同力幅度下精确抓握控制的指力行为和脑电动力学特征。12名健康右利手受试者被要求在10%、20%和30... 精确抓握是人类完成多种精细复杂操作的基础,其神经控制机制极其复杂。目前对于精确抓握力量调节时大脑的动力学变化机制尚不明确。探究不同力幅度下精确抓握控制的指力行为和脑电动力学特征。12名健康右利手受试者被要求在10%、20%和30%最大自主收缩力(MVC)等3个力量水平下进行精确抓握的力量控制,同时采集运动过程中拇指和食指的力信号、压力中心点(COP)轨迹以及脑电信号(EEG),并分别使用变异系数(CV)、COP速度和COP面积以及递归定量分析(RQA)进行量化评估。结果显示,拇指和食指的指尖力信号的CV与力量水平呈现线性正相关(拇指:r=0.624,P<0.001;食指:r=0.721,P<0.001);拇指和食指在30%MVC力量水平的COP面积分别为(1.94±1.21)和(2.02±1.45) mm2,显著大于在10%MVC((1.01±0.81)、(0.89±1.02) mm2)和20%MVC((1.20±0.62)、(1.16±0.63) mm2,P<0.05)时的COP面积。拇指在10%,20%和30%MVC下x和y轴的COP速度分别为(4.23±1.11)、(2.11±0.50)、(1.70±0.40) mm/s和(6.22±1.45)、(3.39±0.70)、(2.90±0.69) mm/s,呈现随着力量水平的增加而逐级下降的趋势(P<0.01),而10%MVC下的食指x和y轴的COP速度((4.95±1.34)、(7.04±1.75) mm/s)显著高于20%MVC((2.78±0.53)、(3.79±0.63) mm/s)和30%MVC ((2.95±0.94)、(3.54±0.82) mm/s,P<0.05)。随着力量水平的增加,EEG信号α频带的RQA参数显著下降(P<0.05)。研究表明,随着力量水平的增加,力量波动性、EEG信号的复杂性增加,手指的调整速度和控制稳定性降低,EEG信号的α频带与精确抓握的运动控制密切相关。研究揭示精确抓握指力的指力控制与中枢神经系统的动力学行为有密切耦联,为深入研究中枢外周协同工作机制、定量评估神经肌肉系统功能提供新的路径。 展开更多

关键词 精确抓握 脑电信号 最大自主收缩力 递归定量分析 神经控制机制

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机器人拟人化形态的用户认知机理研究 被引量：3

15

作者 李洁 张千 +2 位作者 沈佳骏 郭士杰 甘中学 《机械设计与研究》 CSCD 北大核心 2021年第5期6-9,共4页

面对服务机器人造型的拟人化趋势,如何避免恐怖谷效应提升用户对其接受度和好感度是设计研究亟待解决的问题。基于ABOT数据库251个机器人样本,对机器人造型进行解构并获取用户对机器人拟人度评分,通过数据分析得到机器人造型特征与用户... 面对服务机器人造型的拟人化趋势,如何避免恐怖谷效应提升用户对其接受度和好感度是设计研究亟待解决的问题。基于ABOT数据库251个机器人样本,对机器人造型进行解构并获取用户对机器人拟人度评分,通过数据分析得到机器人造型特征与用户拟人化认知的数理模型,进一步研究拟人化造型特征与机器人功能性、亲和力和好感度的关系模型,为服务机器人的拟人化形态设计提供理论依据。 展开更多

关键词 工业设计 机器人形态 拟人化 认知机理

原文传递

基于库伦-粘性摩擦模型的大腿假肢动力学参数辨识 被引量：1

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作者 张稳 吕阳 +1 位作者 徐鉴 张晓旭 《动力学与控制学报》 2024年第2期68-76,共9页

基于模型的智能假肢控制方式具有物理意义明确、参数变量少的优势,但受建模误差、模型不确定等因素的影响,其控制精度仍有待进一步提高,而有效措施之一便是假肢先验动力学建模与辨识.本文针对实验室新设计的动力大腿假肢,研究了基于库伦... 基于模型的智能假肢控制方式具有物理意义明确、参数变量少的优势,但受建模误差、模型不确定等因素的影响,其控制精度仍有待进一步提高,而有效措施之一便是假肢先验动力学建模与辨识.本文针对实验室新设计的动力大腿假肢,研究了基于库伦-粘性摩擦的大腿假肢动力学参数辨识问题.首先,基于拉格朗日方法建立了具有固定传动比动力膝关节和非线性传动比动力踝关节的大腿假肢动力学模型;其次,采用库伦-粘性摩擦模型来描述假肢动力学模型中的关节摩擦行为;最后,通过粒子群优化算法辨识了大腿假肢的动力学参数.结果表明,相比于基于3D建模软件的估计参数,基于辨识参数重构的膝、踝关节电机扭矩与实测扭矩的均方根误差分别降低了93.55%和80.83%,模型精度得到了显著提高.这一结果不仅验证了本文假肢动力学建模与参数辨识方法的有效性,也为假肢后续的高精度控制提供了技术支撑. 展开更多

关键词 大腿假肢 动力学建模 关节非线性 粒子群算法

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无人机平飞下激光雷达和双目视觉融合的SLAM建图 被引量：1

17

作者 吴秉慧 董志岩 +1 位作者 翟鹏 张立华 《计算机应用与软件》 北大核心 2024年第4期192-199,共8页

针对无人机在较快运动下使用单一传感器难以有效构建地图的问题,提出一种基于LiDAR与双目融合的建图方法。利用LiDAR获取远处环境信息,提取物体的边界信息减少数据冗余,实现预先地图的构建;使用双目获取近处的信息,同时利用改进的特征... 针对无人机在较快运动下使用单一传感器难以有效构建地图的问题,提出一种基于LiDAR与双目融合的建图方法。利用LiDAR获取远处环境信息,提取物体的边界信息减少数据冗余,实现预先地图的构建;使用双目获取近处的信息,同时利用改进的特征金字塔法以实现特征快速提取,与LiDAR预建地图并行计算提高运行效率;最后将视觉特征与LiDAR预建地图融合构建二维地图。实验表明,该方法在无人机不同速度下可构建可靠性更高、更精确的环境地图,可为快速无人机的实时避障提供位置信息。 展开更多

关键词 无人机 同时定位与地图构建 传感器融合 特征提取 金字塔法

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基于非局部注意力机制的在线多目标跟踪算法

18

作者 郑龙澍 林野 +1 位作者 翟鹏 张立华 《计算机应用与软件》 北大核心 2024年第2期178-187,共10页

针对多目标跟踪任务在人群拥挤场景存在目标漏检、遮挡等问题,在CenterTrack框架基础上引入非局部注意力机制以捕捉多个目标之间、目标与场景之间的非局部依赖关系,提出基于空间非局部注意力残差块的跟踪模型;并进一步扩展到时空域,建... 针对多目标跟踪任务在人群拥挤场景存在目标漏检、遮挡等问题,在CenterTrack框架基础上引入非局部注意力机制以捕捉多个目标之间、目标与场景之间的非局部依赖关系,提出基于空间非局部注意力残差块的跟踪模型;并进一步扩展到时空域,建立基于时空关系非局部注意力模块的跟踪模型,同时实现检测和跟踪任务。在MOT17、MOT16、2D MOT15三个数据集的实验结果表明,提出的两种在线跟踪模型较CenterTrack算法有明显提升,且在MOT17中MOTA(Multiple Object Tracking Accuracy)指标达到了目前较为先进的水平,为62.4%和62.5%,验证了该算法的有效性。 展开更多

关键词 多目标跟踪 计算机视觉 非局部注意力机制 深度学习

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四连杆膝关节假肢的动力学建模与分析 被引量：11

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作者 吕阳 方虹斌 +3 位作者 徐鉴 马建敏 王启宁 张晓旭 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第4期1157-1173,共17页

相比于单轴式膝关节,四连杆膝关节具有更好的仿生特性和运动安全性,因而在下肢假肢研究中得到广泛关注.本研究以一款四连杆膝关节被动假肢为研究对象,主要关注足-地交互作用力以及膝关节单边接触力等强非线性因素对下肢假肢步态的影响.... 相比于单轴式膝关节,四连杆膝关节具有更好的仿生特性和运动安全性,因而在下肢假肢研究中得到广泛关注.本研究以一款四连杆膝关节被动假肢为研究对象,主要关注足-地交互作用力以及膝关节单边接触力等强非线性因素对下肢假肢步态的影响.为此,采用Kelvin-Voigt模型和库伦模型描述足-地接触力和摩擦力,并采用Kelvin-Voigt模型描述膝关节单边接触力,从而基于第一类拉格朗日方程建立假肢动力学模型.本研究以步态实验测得的髋关节运动数据为模型的驱动信号,针对假肢的步态特征进行了数值分析.计算结果显示,当膝关节液压阻尼器的刚度较小时,强非线性作用力会使假肢产生显著的亚谐波响应,进而导致步态周期失谐.进一步研究发现,提胯行为能够避免步态周期失谐,这也为残疾人行走时的提胯等代偿行为提供了一种新的力学解释.为了评价假肢步态与健康人实测步态的一致性,本研究进一步定义了步态相关系数并分析了膝关节液压阻尼器刚度、阻尼参数对相关系数的影响.结果表明,通过合理的刚度、阻尼参数设计,两者步态的相关系数可达到0.9以上,这为四连杆膝关节被动假肢进一步优化提供了理论支撑. 展开更多

关键词 非光滑接触力 步态实验 亚谐波响应 代偿行为 步态一致性

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一类新型仿生起竖结构设计及其动力学分析 被引量：2

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作者 钱佳伟 孙秀婷 +1 位作者 徐鉴 方虹斌 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期2023-2036,共14页

由于生物能够通过丰富的运动形式完成特定的任务,仿生设计方法受到了学者们的广泛关注.蚯蚓在各种环境中具有出色的移动能力和适应性,受此启发,仿蠕虫机器人被提出并应用在搜救、医疗等领域.然而现有的仿蠕虫机器人一般通过体节的轴向... 由于生物能够通过丰富的运动形式完成特定的任务,仿生设计方法受到了学者们的广泛关注.蚯蚓在各种环境中具有出色的移动能力和适应性,受此启发,仿蠕虫机器人被提出并应用在搜救、医疗等领域.然而现有的仿蠕虫机器人一般通过体节的轴向变形实现直线运动,无法实现类似蛇类生物的起竖功能.为了解决现有的仿蠕虫机器人无法起竖的问题,本文提出了一种具有非线性多稳态性质的仿生柔性关节,并在此基础上构建了多节仿生起竖结构以实现类似尺蠖、蛇等生物的起竖功能.首先,本文提出了一种仿生起竖关节模型,推导了多节仿生起竖结构的总势能表达式,从而建立了多节仿生起竖结构的动力学模型;随后,基于多节仿生起竖结构总势能的表达式和多元函数极值原理,提出了实现需求起竖构型的结构参数设计准则,利用动力学模型验证了结构参数设计准则的有效性,并研究了需求构型的触发条件;最后,针对不同起竖节数的设计需求,设计了相应节数的仿生起竖结构.研究结果表明,结构参数设计准则能够使得多节仿生起竖结构达到需求的仿生起竖构型,并在需求构型处保持稳定平衡;此外,定义了初始激励与起竖构型的比例系数单调性变量,并基于仿生起竖结构不同稳态的吸引盆揭示了上述变量构成的构型触发准则,这为仿生起竖结构的构型切换提供了理论依据.本文提出的仿生起竖结构对仿蠕虫机器人的功能拓展具有参考价值和指导意义,也是对仿生设计理论的进一步完善. 展开更多

关键词 仿生结构 结构设计 起竖功能 多稳态 吸引盆

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