摘要：服务机器人在人机交互中应遵守人类社会规则,应用于人与人之间行为动态关系的传统社会力模型不能完全适用于机器人交互设计,机器人和人之间的动态交互塑造了全新的交互行为范式。通过实验测量室内交互场景下人与服务机器人的交互距离,提出人机交互过程中情感“亲密力”的存在,实验结果发现人与机器人静态交互受亲密力和交互力影响、动态交互受亲密力和社会文化力影响、从动到静交互过程受亲密力和速度力影响,最终构建服务机器人人机交互社会力模型,为提升服务机器人人机交互体验提供理论依据。

摘要：针对外科医生长时间保持手术姿态而造成的肌肉和关节损伤的现状,本文通过分析手术姿态,分别对不同关节进行构型研究,设计了一种具有多关节机构的医用多位姿辅助支撑外骨骼。然后通过建立人机静力学模型,本研究得到人体穿戴外骨骼前后的关节扭矩、关节力,并用有限元分析软件对外骨骼强度校核。结果表明,外骨骼最大应力小于材料强度要求,整体形变小,外骨骼结构强度满足使用需求。最后,本研究选取受试者参与足底压力试验,并结合人机静力学模型进行生物力学仿真,从足底压力、关节扭矩和关节力、肌肉力和肌肉总体代谢三个方面进行结果分析,以评估外骨骼支撑性能。结果表明,外骨骼对全身有较好的支撑性,能够减轻肌肉骨骼负担。本研究的外骨骼机构更匹配外科医生的实际工作需求,为医用支撑外骨骼机构设计提供了一种新的范例。

摘要：目的服务机器人逐渐应用于情感陪伴和情感疗愈,探寻萌形态机器人的情感疗愈机制,研究影响用户情感体验的机器人萌形态特征要素。方法解析萌形态语义并选取萌形态机器人样本,开展人机交互实验,测量用户在压力、静息,以及人机交互过程中的面部肌电信号(fEMG)、皮肤电信号(EDA)和心率变异性信号(HRV)。交互后邀请被试填写机器人萌体验主观量表。结论fEMG指标表明在压力刺激后与萌形态机器人交互能有效唤醒积极情绪,且机器人萌评分越高用户的积极情绪评分越高,EDA指标表明机器人萌评分越高被试情绪唤醒度也越高;同形态下机器人萌表情使被试HRV信号中的SDNN指标显著提高,同形态下柔软材质的触觉交互使被试HRV信号中的SDNN、VLF指标显著提高,相同动作交互下萌形态评分更高的机器人使被试EMG信号、EDA信号、HRV信号指标显著提高。最后,选取与萌体验具有相关性的生理指标,构建机器人萌体验与用户生理指标的关系模型,相较于BP神经网络,WOA优化BP神经网络建立的关系模型表现出更低的MSE值和更高的R2。

摘要：针对铝合金轮毂打磨过程中末端执行器气动系统建模不准确以及外部环境干扰导致打磨过程中打磨力稳定性差的问题,提出了一种MRAC+PID混合控制策略来实现对打磨力的跟踪控制。首先对末端执行器进行建模和分析;然后采用MRAC+PID控制策略对末端执行器进行控制,其中通过构造李雅普诺夫函数来设计自适应控制律;最后通过仿真和实验验证了所提方法的有效性。结果表明,MRAC+PID在提高系统的响应速度和抗干扰方面具有良好的控制性能,能够快速准确地跟踪期望打磨力,提高铝合金轮毂的表面打磨质量。

摘要：人体移乘是劳动强度最大的护理任务之一,因此移乘护理任务的机器人化是护理领域的迫切需求,双臂机器人以其灵活性和多功能化的优势,在护理领域受到广泛关注。不同于传统工业机器人的定位任务,护理任务需要机器人与人体接触,且场景通常为存在障碍的非结构化环境,因此任务过程中人体的安全性和舒适性至关重要。为实现非结构化环境中的人体移乘护理任务,提出轨迹变形算法,使双臂机器人具备规避障碍物及主动柔顺的功能。首先通过人工势场概念设计基于障碍及位姿的排斥函数和吸引函数,将机器人的障碍规避及主动柔顺功能通过人工势场虚拟力及人机交互力的合力描述。以合力下虚拟弹簧-阻尼系统的等效运动作为轨迹偏差,并通过雅可比矩阵将轨迹偏差变换到关节空间,避免冗余机器人的逆运动学求解。仿真结果表明,轨迹变形算法可在实现主动柔顺的同时规避障碍物。最后进行双臂机器人的人体移乘护理实验,验证轨迹变形算法可基于交互力及势场迭代调整轨迹,证明轨迹变形算法可用于非结构化场景中的人体护理任务,对提高人机交互过程中的安全性,进而实现机器人在康复护理领域的推广与应用具有重要意义。

摘要：基于术后6~12周内的前、中、后期踝关节扭伤的康复运动需求,提出具有三种康复运动模式的可重构踝关节康复并联机构。首先,针对胫距关节和距下关节的轴线运动特征,研究踝关节康复运动切换机理和“双心”特性,提出符合踝关节自由度和轴线运动特性的六种融合支链;根据构型约束支链的选取方案,筛选出四种无约束支链。其次,基于旋量理论对六种融合支链进行过约束设计,验证符合实际需求的融合支链;根据传递力旋量与动平台运动轴线关系,提出一种驱动支链完全解耦优化方法,得到三种无约束驱动支链以及十二种机构构型,使得机构在三种康复模式中实现完全解耦。最后,通过ADAMS仿真验证机构的三种运动分支及完全解耦的正确性。可重构踝关节康复机器人依据患者康复需求采取对应康复模式,适用范围广,针对性强,控制简单。

摘要：为满足下肢运动功能障碍患者在不同阶段的康复训练需求,针对现有下肢康复机器人训练方式单一的问题,提出了一种可实现卧姿、坐姿训练模式的牵引式下肢康复机器人。首先,根据人体下肢运动机理和仿生原理,设计了一种五自由度混联机构构型。然后,建立了机器人的运动学模型,分别计算了其运动学正、逆解。接着,以人体下肢末端与机器人末端的工作空间重合度为目标函数,采用遗传算法对机器人的机构参数进行了优化,并求得人机系统矢状面内人体下肢的有效工作空间比为0.71。最后,规划了CPM (continuous passive motion,连续被动运动)、圆周运动和螺旋运动等3种康复训练运动轨迹,并根据优化后的机构参数搭建了机器人样机,通过运动捕捉实验验证了机器人结构设计与优化结果的合理性以及轨迹规划的正确性,表明该机器人能够满足下肢运动功能障碍患者的康复需求。

摘要：未来服务机器人将与人类一起生活在建筑环境内,机器人的融入必将对建筑环境和人类活动产生深刻影响。设计并开展建筑环境内人-机器人自然交互实验,参考相机标定原理提出室内坐标转换方程,采用定帧法获取服务机器人融入建筑环境后行人运动构型、运动速度、偏移距离等运动特征参数,在宏观层面基于交互主体、交互运动构型、交互意愿展开定性分析,在微观层面对建筑通道内人机交互运动速度与交互偏移距离展开定量统计分析。研究结果表明服务机器人融入建筑环境后对行人运动行为、运动速度、偏移距离均产生显著影响,人机共生系统势必对建筑尺度和设计产生深远影响。以期引发服务机器人融入建筑环境的思考,为构建人、机器人、建筑环境系统设计框架奠定基础。

摘要：为解决机器人打磨风电叶片过程中由于理想打磨轨迹和实际打磨轨迹有偏差导致打磨质量差的问题,文中设计了一种安装在机械臂末端的气动柔顺末端执行器,气动柔顺末端控制器控制工件的打磨力,机器人控制器控制打磨末端位姿。由于气动柔顺末端力控制过程中存在强非线性、模型不精确及参数摄动、机器人运动、打磨小车振动等不确定性扰动,在气动柔顺末端建模的基础上设计线性扩张状态观测器、跟踪微分器,提出了自抗扰(ADRC)打磨力控制律。仿真和试验结果表明:该方法有效减小了磨削过程中力的波动,提高了风电叶片表面质量,更好地避免了磨削烧伤,具有抗干扰性强、稳定性强及效率高等特点。

摘要：为抑制打磨末端振动,提高轮毂表面打磨质量和过程稳定性,进行了以振动抑制为目的的打磨工艺参数优化试验,根据试验结果分析了主要工艺参数(主轴转速、进给速度、法向压力和砂纸粒度)对末端振动加速度的影响规律;利用多元回归方法建立目标函数预测回归模型,基于Design-Expert软件对试验结果进行方差分析,基于响应面法获得的最佳工艺参数组合为主轴转速3000 r/min、进给速度6 mm/s、粒度500目、法向压力13 N。铝轮毂打磨试验表明:预测模型的预测误差小于10%,通过工艺参数优化能够在减小末端振动的同时显著提高表面质量。