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.     

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.     

基于双幂次滑模的多机器人编队控制

本文研究了基于领航跟随法的多机器人系统编队控制问题.首先,基于队形约束,给出跟随者期望的轨迹,将编队问题转化为单个跟随者的轨迹跟踪问题.在此基础上,基于双幂次滑模趋近律,设计了跟随者的线速度和角速度控制器,保证了跟踪误差能够快速收敛到零,从而保证了编队队形的稳定.最后,通过仿真验证了所提方法的有效性.     

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％.     

基于数据驱动高阶学习律的轮式移动机器人轨迹跟踪控制

轮式机器人执行巡逻、播种和工业生产等任务是一个强非线性的间歇过程.针对重复运行的轮式机器人轨迹跟踪问题,本文提出了一种基于数据驱动的高阶迭代学习控制算法.首先,对轮式移动机器人的模型进行推导设计,并对推导得到的状态空间形式的离散时间模型利用基于状态转移的迭代动态线性化方法,将轮式机器人系统转化为线性输入输出数据模型;其次,设计高阶迭代优化目标函数得到控制律,并利用参数更新律估计线性输入输出数据模型中的未知参数.控制器的设计和分析只使用系统的输入输出数据,不包含任何显式的模型信息.通过采用高阶学习控制方法,在控制律中利用更多之前迭代的控制输入信息,提高了控制性能.最后,仿真结果验证了该方法在轮式机器人轨迹跟踪控制中的有效性.     

力觉临场感遥操作机器人(1):技术发展与现状

人机交互式机器人作为最具实用价值的特种机器人已成为当前机器人学研究的前沿和热点.临场感(Telepresence)技术是人机交互的核心.首先,回顾了力觉临场感遥操作机器人技术的产生、发展和现状,介绍了力觉临场感遥操作机器人在核领域、空间探测领域与远程医疗领域的应用情况;其次,对力觉临场感遥操作机器人的4大关键技术:传感技术、力反馈与触觉再现技术、大时延控制技术和虚拟预测环境建模技术等进行了综述;还介绍了东南大学仪器科学与工程学院机器人传感与控制研究所近20年来开展临场感遥操作机器人技术研究,以及在核探测、康复医疗领域应用的情况.通过回顾与分析,指出了力觉临场感遥操作机器人技术今后需要研究的几个重点问题.     

减轻自然灾害总体规划(2001～2010年)

<达州十年减灾规划(2001～2010年)>,是继<达县地区减轻自然灾害战略规划(1991～2000年)>的第二个十年减灾规划;也是撤地建市和迈入新世纪的第一个十年减灾规划.减灾规划指标总体上是预期性、指导性的,在规划的指导下,由专业、部门减灾规划和专项建设减灾规划支撑和具体化,并结合"十*五"、"十一*五"期间的经济发展计划加以具体体现和实施.     

力觉临场感遥操作机器人(2):操作者的输入输出特性建模

力觉临场感遥操作机器人系统是一个典型的人在回路(Human-in-Loop)的人机交互系统,操作者作为整个系统的一个重要单元是完成机器人控制的顶层控制环节.操作者需要接受力觉、触觉、视觉和运动信息反馈后,才能作出决策,远程操纵机器人执行任务,因此操作者是一个基于多输入单输出的复杂系统,而且具有非线性和时变性,需要建立一套相应的控制模型.文章通过分析操作者在力觉临场感遥操作系统中的感知、决策与动作的特性,建立了一种操作者的输入输出模型,并给出了模型的等效二端口网络形式,为力觉临场感遥操作机器人系统的分析提供了基础.     

Hysplit后向轨迹对初始气象场水平及垂直分辨率的敏感性研究（英文）

本研究基于单质点拉格朗日集成轨迹模型(HYSPLIT),对珠三角地区2012年全年每3小时的后向轨迹进行了模拟。模拟采用了两套初始气象场来驱动HYSPLIT模型,其一为水平分辨率为0.5度的全球同化系统(GDAS)输出场,其二为水平分辨率为27 km的气象研究与预报模型(WRF)的输出场。结果显示,当用于驱动HYSPLIT来模拟后向轨迹时,GDAS数据的可靠性依赖于季节和天气条件。GDAS和WRF输出场得到的HYSPLIT后向轨迹的方向差异在冬季和春季珠三角盛行偏北及东北风场时为最大,而在秋季珠三角处在稳定系统控制下时为最小。大多数WRF输出场得到的后向轨迹的传输高度比GDAS得到的后向轨迹要高,这是由于更高的分辨率使得WRF输出场的边界层垂直运动更明显。在五种天气条件下,不同分辨率初始气象场得到的后向轨迹差别最大,分别为大陆高压,槽脊系统,鞍型场,热带气旋以及冷锋。案例分析的结果显示,绝大多数情况下,GDAS和WRF输出场得到的后向轨迹因传输高度不同导致了轨迹方向的差别,因此在模拟HYSPLIT后向轨迹时,初始气象场在垂直方向上的细节是一个尤为关键的要素。     

力觉临场感遥操作机器人（4）：系统的操作性能评价

力觉临场感遥操作机器人系统是一种典型的人-机-环交互系统,临场感是遥操作的核心.如何评价力觉临场感遥操作机器人系统的操作性能即临场感程度,目前大多采用基于人机工效学的主观评价分析方法.通过建立力觉临场感遥操作机器人系统的二端口网络模型,对操作者在遥操作过程的感知和控制行为进行了分析,给出了虚拟阻抗的定义,以此为基础提出了可定量评价系统操作性能即力觉临场感程度的阻抗比较法.利用阻抗比较方法对现有的4种不同反馈控制结构遥操作机器人的操作性能作了分析与评价.     

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.     

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.     

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.     

Regional climate change patterns identified by cluster analysis

Climate change caused by anthropogenic greenhouse emissions leads to impacts on a global and a regional scale. A quantitative picture of the projected changes on a regional scale can help to decide on appropriate mitigation and adaptation measures. In the past, regional climate change results have often been presented on rectangular areas. But climate is not bound to a rectangular shape and each climate variable shows a distinct pattern of change. Therefore, the regions over which the simulated climate change results are aggregated should be based on the variable(s) of interest, on current mean climate as well as on the projected future changes. A cluster analysis algorithm is used here to define regions encompassing a similar mean climate and similar projected changes. The number and the size of the regions depend on the variable(s) of interest, the local climate pattern and on the uncertainty introduced by model disagreement. The new regions defined by the cluster analysis algorithm include information about regional climatic features which can be of a rather small scale. Comparing the regions used so far for large scale regional climate change studies and the new regions it can be shown that the spacial uncertainty of the projected changes of different climate variables is reduced significantly, i.e. both the mean climate and the expected changes are more consistent within one region and therefore more representative for local impacts.     

对流层与平流层大气气溶胶粒子的若干散射特性

本文应用Ｍｉｅ散射理论，采用简洁方案计算了ＩＡＭＡＰ提出的大气气溶胶主要粒子的散射效率因子及散射相函数，结果表明，大颗粒的散射能力以７５％硫酸液滴最强，其次是水滴，冰晶，沙尘性粒子；小粒子的散射能力仍以７５％硫酸滴最强，其次是沙尘性粒子，小颗粒相函数的前向后向基本对称；大粒相函数随Ｘ值增大而不对称加大；折射率实部不同，则相函数最小值出现在不同的散射角，折射率虚部较大的煤烟，相函数起伏较小，约在１０     

基于分形维数的离线图像分割方法

为了能够提高图像分割的精度,提出了一种基于统计学和分形维数的图像分割方法,能够对自然景物中树木、道路和天空进行分割,并且可以应用于机器人导航的视觉系统.该方法首先通过统计大量的道路和树木和天空的分形维数(LFD),分析三者对应的LFD值分布特点,然后利用该特点对图像进行分割,最后对分割后的图像进行平滑处理,得到分割结果.实验结果表明:利用统计结果进行图像分割能够提高分割速率,而且使用分形维数作为特征能够得到比较精确的分割效果.     

TELECONNECTION BETWEEN INDIAN MONSOON AND EAST ASIAN CIRCULATION*

Correlation analysis identified that Indian summer rainfall and East Asian 500 hPa geopotential height field are significantly correlated.A teleconnection pattern between Indian monsoon and East Asian summer circulation (IEA pattern) was proposed.We suggested that the Pacific-Japan teleconnection pattern (PJ pattern) primarily influences the meridional position of the northwestern Pacific subtropical high (NPSH) in summer,while IEA pattern partly affects its zonal stretch or the anomaly of geopotential height field over China mainland.The numerical experiments imply that the IEA pattern has important impact on East Asian circulation and it can be stimulated by the SST anomaly of the Indian Ocean.We summarized that there are two ways,a directive way and a selective way,by which ENSO exerts impacts on East Asian summer monsoon.