基于Kinect的机器人辅助上肢被动康复训练控制方法

现有基于Kinect构建的康复训练系统,大多以患者自行开展主动康复训练为主,未能充分利用康复医师的临床经验且很少用于机器人辅助康复训练系统,具有一定的局限.针对此问题,提出一种基于Kinect的机器人辅助上肢被动康复训练方法.首先,开展基于Kinect的上肢骨骼点跟踪与逆运动学计算;其次,基于Linux/QT及Kinect设计三维虚拟康复训练环境;再次,在康复医师示教训练任务并通过Kinect获取示教任务参考轨迹基础上,根据训练过程中Kinect实时捕获的患肢运动位置反馈,设计基于模糊推理的机器人辅助被动康复训练控制器;最后,基于Kinect及Barrett公司4自由度WAM^TM康复机器人构建试验统平台,对方法有效性进行试验验证.实验结果表明,所提方法能有效利用医师的临床康复经验,并使机器人较平稳地牵引受试者上肢沿示教任务轨迹进行训练,较好地实现了"医师-机器人-患者"之间的人机协同康复训练.     

WAM机器人辅助上肢康复训练技术应用研究

运用WAM机器人辅助偏瘫上肢进行康复训练，从机器人运动参数和传统医学评估方法两方面分析验证康复训练的有效性.基于WAM机器人搭建实验平台，设计"十"字和"米"字康复训练方式，添加趣味性游戏，招募上肢偏瘫患者跟踪进行康复训练与评估.采集WAM机器人的轨迹和转矩信息，分析康复训练前后轨迹跟踪误差和转矩变化，评价患肢的运动功能，同时由康复医师运用传统评估法Brunnstrom等级分期法进行康复评估.实验结果显示，经过1个月的康复训练，机器人轨迹跟踪误差减小，转矩波动变化趋于平缓，患肢随意运动减少，评估Brunnstrom等级有所提升，且效果优于传统康复训练.研究结果表明WAM机器人辅助康复训练科学合理，康复效果优于传统康复训练方法.     

基于数字电位器的多通道程控高压调节系统设计

介绍了一种以数字电位器（MCP42010）和单片机（AT89S52）为核心的多通道程控高压调节系统的原理和结构。该系统电路简单%控制方便%成本低廉,它由多个被同一单片机控制的双通道数字电位器以及普通高压电源模块组成,能够实现两大功能,多通道选择和高压程控。通道的选择和具体电压大小的实现都通过一个带串口调试的图形化编程语言（VB）界面设置数据来控制,其应用程序采用面向硬件C语言程序（KEIL C）和VB编写。     

基于单片机的智能轮椅控制系统设计

为提高轮椅使用者的生活自理能力,本文提出一种智能轮椅控制系统.该系统由STM32单片机进行控制,采用模块化、系统化设计,电源模块、摇杆模块、避障模块、驱动模块构成有机整体,各个模块共同作用、相互协调,共同构成了一个安全可靠的轮椅控制系统.通过通信设计可实现模块间数据的发送与接收.该轮椅设置手动控制和自动控制两种方式,可实现轮椅使用者独立生活和近距离出行,运行安全可靠.     

一种环境侦察机器人的控制器

为方便控制环境侦察机器人现场作业,设计了一种环境侦察机器人的操纵装置.分析了环境侦察机器人及其控制装置的研究现状,在介绍了多种移动机器人的操作方式的基础上,根据环境侦察机器人工作性质的特殊性,提出了一种适合于环境侦察机器人的操纵装置的设计,并给出了操纵方法.     

小型风力发电机扇叶朝向控制系统

设计了一种基于单片机的小型风力发电机扇叶朝向控制系统,该系统由风向传感器模块、液晶显示模块、驱动模块和扇叶朝向控制装置组成.系统以MSP430F149单片机作为控制核心,利用风向传感器测量风向信息传输给单片机,单片机根据风向信息控制步进电机调节扇叶朝向来风方向,并且风向信息由LCD显示.该系统可以提高风力发电机的工作效率,具有一定的实用意义.     

拖拉机驾驶机器人设计及人机协作方法研究

针对农用拖拉机智能化程度低,以及现有的人工智能水平尚无法完全实现自主驾驶控制拖拉机等问题,本文设计一种基于人机协作的拖拉机驾驶机器人.拖拉机驾驶机器人可以对拖拉机进行快速、无损、智能化升级,其结构由转向控制机械手、换挡机械手、旋耕机升降控制机械手和踏板控制机械腿等组成.通过研究人机协作的控制方法,提出了人机协作介入准则和基于转向电机电流反馈扭矩检测的人机协作模式切换方法,研制了原理样机验证拖拉机驾驶机器人的可行性和人机协作控制策略的有效性,对促进精准农业,提高现代农业智能化装备水平具有重要的现实意义.     

基于Android手机手势和语音控制的人机交互系统设计

针对普通遥控器控制智能小车的局限性,结合移动互联网的应用,提出了一种新的人机交互智能小车控制系统的研究方案——一种基于Android手机方向（重力）传感器和语音控制的蓝牙小车控制系统.以Android手机作为上位机,包括语音系统、方向（重力）传感器系统,利用蓝牙通信技术与单片机总控制中心、蓝牙模块、电机驱动模块、蜂鸣器和LED模块、避障模块等组成的下位机进行通信,实现对蓝牙智能小车的实时控制.通过实物制作和测试,验证了系统的可操作性和实用性,同时也为智能轮椅、仓库管理等领域的实际应用奠定了一定的技术基础.     

四频微波辐射计控制与数据处理系统研究

论述了采用80C196单片机开发的四频微波辐射计的控制与数据处理系统，该系统主要包括接口电路、数据采集电路、时序控制电路和控制与数据处理的软件模块。任务通信、实时时钟和输入输出及中断管理4部分组成。在软件设计中编写了实时多任务操作系统，由任务调度、数据处理方法采用了当前国际上先进的数字调制解调技术。该系统可以完成实时控制、数据采集与数据处理、实时显示及实时通信等功能。由于采用了单片机控制结构，使该系统结构简化、体积缩小、成本降低、可靠性提高，具有较好的应用价值。     

执行器退化的遥机器人系统量化反馈容错控制

针对遥机器人系统中存在执行器退化、控制输入量化,且编、解码端的量化灵敏度参数不匹配的问题,设计了遥机器人系统的鲁棒量化反馈容错控制系统.控制器结构的线性部分由线性矩阵不等式给出,旨在解决系统指标性能问题,非线性部分则用于处理量化参数不匹配问题.经稳定性理论证明,提出的鲁棒量化反馈容错控制方法能消除执行器退化及量化参数不匹配等的影响,并确保从机器人能渐近跟踪主机器人.最后,算例仿真验证了方法的有效性.     

基于双目视觉的双臂协作教学机器人研究与设计

为弥补智能制造、机器人工程等新专业实验装置短缺、学生创新实践能力亟待提升等问题,本文设计了一种基于双目视觉的双臂协作教学机器人.双臂机械部分设计呈对称结构,底座大而稳定,可以降低制造成本及协作抓取难度;研究设计的示教动作还原算法和重投影误差最小化算法,可以提升机器人末端位姿数据采集精度,使双臂协作抓取更准确稳定.该系统不仅能够通过上位机拖动控制双臂运动完成示教编程及动作组实验,而且还能够进行基于视觉引导的图像处理及单臂抓取实验、运动分析实验、在线编程与协调抓取开放实验.该系统成本低、功能丰富、综合性强,且兼具拖动示教与开放性特点,有助于提升学生创新实践能力,非常适合在智能制造、机器人工程等专业实验教学过程中推广应用.     

基于STM32自动网球拾取机器人设计

针对网球场捡球工作量大的问题,开发了一款基于STM32的智能自动小型移动网球拾取机器人,规避了现存网球机器人结构庞大、灵活性差、效率低的问题.通过构建机器人三维模型,设计了一款造价低廉、高精密的小型移动网球拾取机器人.采用质心法获取目标物坐标信息,在机器视觉模块与双机械臂机构协同下,采取多行走舵机与万向轮协同实现机器人自动寻找目标、完成拾取、归集网球等动作.实验结果表明机器人能很好地完成以上功作,且拾取速度快,精确度达到98％.     

教学机器人综合实验平台设计与研发

为了提升机器人工程专业学生综合实践能力,本文设计了一款集机、电、控、图像处理于一体的教学机器人实验平台,将机器人机械结构设计、运动学分析、运动控制、图像处理等技术有机融合,不仅提供了机器人关节装配及实物图演示实验,易于学生理论联系实际深入掌握机器人机械结构及工作原理,而且基于开放的控制实验平台,能够完成机器人的运动学分析、驱动控制、轨迹规划、图像处理及基于视觉引导的物体识别与抓取等实验.该实验平台具有很强的综合性和可操作性,激发了学生的学习兴趣,使学生工程实践与创新能力得到有效提升.     

气象要素探测机器人的设计及测距准确度

将气象传感器引入到机器人系统中,自主研发了一种气象要素探测机器人,该机器人基于C8051F120内核,能够实时检测声纳、温度、湿度、气压、风速、风向等气象要素以及机器人自身的位姿,通过对位姿的判断可进一步进行自主导航和环境建模.采用中值滤波和曲线拟合,可以准确计算气象探测机器人与障碍物的距离,为进一步的研究提供了可靠保障.     

A New Strategy for Solving a Class of Constrained Nonlinear Optimization Problems Related to Weather and Climate Predictability

There are three common types of predictability problems in weather and climate, which each involve different constrained nonlinear optimization problems: the lower bound of maximum predictable time, the upper bound of maximum prediction error, and the lower bound of maximum allowable initial error and parameter error. Highly efficient algorithms have been developed to solve the second optimization problem. And this optimization problem can be used in realistic models for weather and climate to study the upper bound of the maximum prediction error. Although a filtering strategy has been adopted to solve the other two problems, direct solutions are very time-consuming even for a very simple model, which therefore limits the applicability of these two predictability problems in realistic models. In this paper, a new strategy is designed to solve these problems, involving the use of the existing highly efficient algorithms for the second predictability problem in particular. Furthermore, a series of comparisons between the older filtering strategy and the new method are performed. It is demonstrated that the new strategy not only outputs the same results as the old one, but is also more computationally efficient. This would suggest that it is possible to study the predictability problems associated with these two nonlinear optimization problems in realistic forecast models of weather or climate.     

基于力反馈手柄的移动载人月球车操作控制系统

移动载人月球车相关技术的研究是我国未来载人登月探测的重要任务.根据载人月球车的需求,本文从航天员操作舒适度和操作工作空间出发,设计了一种面向载人月球车操作的力反馈手柄,在具体的场景设计下可以带给航天员力触觉感受,辅助航天员进行安全、有效的驾驶行为.基于力反馈手柄的移动载人月球车操作控制系统包含力反馈手柄、硬件系统、软件系统.力反馈手柄主要由二自由度旋转机构、手杆、带光编码器的直流电机组成;硬件系统为STM32单片机及相关接口电路,STM32作为下位机接收来自上位机的指令信号和力反馈信息,并且向上位机反馈手柄位置信息;为完成移动载人月球车操作控制系统的仿真测试,软件系统是基于unity3D所开发的月球车驾驶场景,搭载使用虚拟传感器,做出驾驶行为决策解算出相应的力反馈信息.实验结果表明,力反馈手柄能较好地辅助航天员操纵载人月球车,有效提升了载人月球车的驾驶效率和安全性.