摘要：工程实际中的被控对象都具有明显的有限频域特性,但目前的物理人机交互研究大多是针对全频域性能指标来设计阻抗控制器,由此得到的控制器往往失之保守.本文针对绳牵引串联弹性驱动下的人机物理交互问题,采用有限频域性能约束方法来提升系统在设定频段的刚度控制性能.首先,分析绳牵引串联弹性驱动的刚度控制目标并将其转化成有限频域性能约束下的H∞控制问题.其次,根据广义Kalman-Yakubovich-Popov (KYP)引理,将有限频域性能约束转化成矩阵不等式条件,进而分解变换成有关全信息控制器和待求的静态输出反馈控制器的条件.然后,求解出一个满足条件的全信息控制器,并迭代优化得到输出反馈控制器.仿真和实验结果都表明,本文方法在设定频段取得了更加精确的刚度控制效果.

摘要：人能够在复杂感知的相互协调下做出决策并完成灵巧操作。将视听觉和力触觉等不同模态相融合,可以提高操作者对虚拟场景或远程环境的感知,进而改善操作效果。如何协调人的操作和虚拟环境中目标机器人系统的自主性,则是人机交互中的一个关键问题。为此,本文基于Unity3D引擎建立了虚拟场景,并实现了omega.7力反馈平台与虚拟场景之间的通信。进而,创建了基于碰撞检测的虚拟距离传感器,实现了虚拟场景中目标机器人对周围环境的探测。然后,设计实现了人机力触觉交互共享控制算法,将人的智能决策与灵巧操作优势同目标机器人的自主算法相融合,使得目标机器人系统的控制权限可以在人手操作和机器人自主算法之间连续平滑转移。由此,实现了人与虚拟环境和目标机器人之间功能多样、场景逼真的视听觉和灵巧力触觉多模态交互,从而为医学、康复、军事、娱乐等领域中的人机交互提供了一种解决方案。

摘要：针对患者神经损伤后发生的下肢运动障碍,减重步行训练是一种重要的康复训练方式.对于中度和轻度患者,为其提供部分身体重力支撑(Body weight support,BWS)并激励其自主行走,可以提高患者的主动参与,并有助于改善其步态和平衡控制能力,从而有望取得更好的康复效果.现有的减重技术多存在运动空间小、减重力变化大、会对患者产生前后和侧向拉力等问题.为此,本文面向步态和平衡康复训练应用,采用单绳悬吊方式,设计电机驱动的竖直拉力单元,从而构建了一种主动减重系统.在水平方向,采用桥式吊架结构,通过伺服控制消除吊绳偏摆使其保持竖直,从而避免对患者产生前后和侧向的拉力干扰.在竖直方向,只有一个控制自由度却需要完成位置随动和减重力控制两个目标,是典型的欠驱动系统.为此,采用绳牵引串联弹性驱动方法,将位置和吊绳拉力耦合起来.针对系统中存在的非线性、摩擦等不利因素,采用滑模控制方法,分别设计了吊绳偏角控制器和吊绳拉力控制器.为保证系统安全运行,进一步针对竖直拉力单元中的弹簧连接动板设计了位置控制器.最后,通过仿真实验检验了本文提出的主动减重系统和控制方案效果.由此,可为下肢运动障碍患者提供一种方便高效的康复训练手段.

摘要：目的为了改善硅片机器人结构的静、动力学性能,实现结构的轻量化设计。方法引入多目标优化理论,并结合层次分析法,实现硅片机器人大臂的结构优化设计。依据设计方案分析大臂的受力情况,采用固体各向同性材料惩罚模型分别构建多目标优化数值模型,并运用优化准则法进行优化求解。引入数理统计中的层次分析法确定各子目标函数的权重比,依据折衷规划组合方法构造关于静刚度和一阶固有频率的总目标函数。结果优化结果可知,大臂的柔度从26.890 mm/N降到13.221 mm/N,一阶固有频率从556.86 Hz增加到629.90 Hz,结构质量从1.48 kg减少到0.583 kg。结论多目标优化结果表明,基于多目标优化理论对硅片机器人大臂结构的改进设计,不仅有效地提高了其静刚度特性,一阶固有频率的提高说明大臂结构能抑制振动能力的提升,还实现了大臂结构轻量化设计。层次分析法的引入为多目标优化问题中各子目标函数的重要性提供了客观的理论依据。

摘要：移动机器人在各种辅助任务中需具备自主定位、建图、路径规划与运动控制的能力。本文利用RGB-D信息和ORB-SLAM算法进行自主定位,结合点云数据和GMapping算法建立环境栅格地图,基于二次规划方法进行平滑可解析的路径规划,并设计非线性控制器,实现了由一个运动底盘、一个RGB-D传感器和一个运算平台组成的自主移动机器人系统。经实验验证,这一系统实现了复杂室内环境下的实时定位与建图、自主移动和障碍物规避。由此,为移动机器人的推广应用提供了一个硬件结构简单、性能良好、易扩展、经济性好、开发维护方便的解决方案。

摘要：目的为了改善食品包装生产线中的皮带输送机结构力学性能,提高皮带输送机的工作寿命,通过结构优化技术对主动辊筒进行结构设计。方法首先,对主动辊筒进行结构分析和力学分析;然后,运用拓扑优化技术对辊筒辐板进行力学性能改进和轻量化设计;其次,基于HyperMorph对主动辊筒有限元模型进行空间节点的预变形,并进行形状优化求解。结果优化结果分析可得,主动辊筒的柔度从1340.304 mm/N降至791.1324 mm/N,一阶固有频率从849.344 Hz增大到980.046 Hz,结构质量从1.235 t减小到0.806 t。结论优化结果表明,基于结构优化技术的主动辊筒结构,不仅有效地提高了结构的静刚度特性,一阶固有频率的提高说明加强了抑制振动的能力,还实现了结构的轻量化,节省了结构生产制造成本。该方法对于现代工程领域中的结构优化设计具有重要的借鉴意义。

摘要：针对高速工程车大臂架铸造合格率不高问题,对大臂架的原铸造工艺方案进行分析,并运用AnyCasting进行数值模拟。对分型面、浇注系统、冒口及冷铁设置进行优化改进,并对优化后的工艺方案进行数值模拟验证。模拟结果表明,铸件按工艺设计进行顺序凝固,铸造缺陷可以解决。经过小批量生产验证,铸件出现铸造缺陷的概率大幅降低,合格品率由70%提高到92.5%。

摘要：膝关节磁共振图像的自动分割具有重要的临床需求,图像中分割目标的大小不同为精准分割带来了挑战。基于深度学习,提出一种端到端的DRD U-Net。以残差模块作为基本模块,增加了对特征的复用能力。利用并行的扩张卷积模块获取不同的感受野,克服了U-Net模型单一感受野的局限性,提高了对不同大小目标的分割能力。设计多输出融合的深监督模块,直接利用不同层次的特征实现了信息互补,提高了分割区域的连贯性和准确性。在OAI-ZIB数据集上测试,平均分割表面距离为0.2 mm,均方根表面距离为0.43 mm,豪斯多夫距离为5.22 mm,平均戴斯系数(DSC)为93.05%,重叠误差为3.86%。相比于基线U-Net和其他现有模型,所提方法在膝关节股骨、胫骨、股骨软骨、胫骨软骨的分割方面都取得了更高的精度。

摘要：该文设计了一种医用放疗模拟机辐射头控制系统,采用一拖二步进驱动电路,以闭环控制方式实现辐射头钨门和井线实时双拉同步控制。有效提升了模拟机辐射头控制精度,降低了设备制造成本。经临床应用,具有减少患者辐射剂量,提高治疗规划质量等优点。

摘要：在神经康复训练中,保持患者积极主动参与、提供适配其运动能力的训练难度,对于取得良好的康复效果至关重要.针对患者在长期康复训练过程中容易懈怠甚至出现惰性效应、运动能力有波动等挑战,系统提出了一种脑肢融合的神经康复训练在线评价与调整方法.首先,从脑、肢体以及训练任务三个层面,基于脑电(Electroencephalography,EEG)信号、肢体运动数据和任务评分,建立了对患者神经参与程度、运动控制能力和任务完成情况的量化评价方法.进而,在任务操作难度、辅助或干扰力场以及视觉辅助等方面,设计了康复训练任务内和任务间的在线调整方法.通过一个针对手功能康复的灵巧操作任务,实现了基于所提出的脑肢融合在线评价与调整方法的闭环神经康复训练.开展实验,招募16名受试者参加,对比分析开环训练和闭环训练两种情况下的实验结果,验证了所提出方法的可行性和有效性.该工作可推广应用到脑功能障碍患者的运动康复训练,进一步提高康复效果.