面向人机共融协作的柔性双臂机器人安全作业机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51575157
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0501.机器人与机构学
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

The fading of demographic dividend has become the prominent restriction factor of development of new manufactory industry. On account of poor security and flexibility, human-robot close collaboration cannot be achieved with traditional industrial robot, which limits the promotion of robot in new manufactory industrial like 3C. Two basic scientific issues, robot flexibility and security operating, become the top priorities and the main difficulties for realizing of human-robot close collaboration. In this project, these two issues are to be investigated. Firstly, basing on mechanism analysis of human-joint variable stiffness, the design method of a new active-switching-style flexible bionic joint basing on angle feedback is to be developed. Then, the flexible control of dynamic-parameters-optimization-characterized personification robot joint can be achieved. Secondly, for realization of safety human-robot collaboration, the mapping model of collision forces and joint forces is to be developed basing on transmission mechanism of manipulator joint force. Then a new mothed is to be investigated for online estimation of collision force and location of collision position with non-perfect sensor information under non-predictive collision. Thirdly, for human-robot-work collaboration, the coordinated control method of dual-arm system is to be studied basing on relative dynamic, where operator and external environment are chosen as constraints. Finally, a dual-arm robot system is to be developed for experimental study. The theory and technology such as robots natural flexibility and intrinsic safety developed in this project would lay the foundation of dual-arm robot promoting.
单纯以“人”或“机”为主的生产方式难以满足3C等新兴制造业“柔性制造”需求,人机紧密协作将成为重要发展趋势,而传统工业机器人因柔性与安全性问题导致人机空间相隔离,因此解决机器人柔性、安全性作业两大基础科学问题成为实现人机紧密协作的首要任务和主要难点。针对以上问题,本项目首先基于人体关节变刚度机理分析,提出基于主动切换式角度反馈的柔性仿生关节设计方法,实现具有拟人关节动力学参数优化特征的关节柔性控制;其次,基于机械手关节力传递机制建立碰撞外力与各关节力映射模型,提出基于非完备传感信息下的非预测性碰撞在线外力估计与碰撞定位方法,实现人机安全作业;再次,面向操作任务,以操作者及外部环境为约束条件,提出基于相对动力学的双臂机器人系统协调控制方法,实现人机物协调作业;最后,构建类人双臂机器人并进行实验研究;课题获得的机器人自然柔顺和本质安全等方面的理论和技术,可为双臂机器人应用奠定理论和技术基础。

结项摘要

本项目围绕双臂机器人的安全作业与柔顺协调作业的基础理论和关键技术,所涉及的主要研究内容和结果如下:.(1)为了解决机器人关节柔性问题,项目借鉴了生物关节天然卓越的柔性运动特征,提出人体非线性动力学模型时变参数估计方法。通过切换式角度反馈来研究关节柔性生成机理。通过仿生特征参数来优化仿生关节柔性特征。从而将生物关节的运动规律应用到电机驱动的仿生关节。.(2)为了实现机器人安全作业问题,建立了基于碰撞力学和动力学来研究机械手外力扰动动力学模型,从而建立预测性碰撞下的外力与关节柔性力映射模型。并基于关节柔性力与力传感器和融合视觉信息的全工作空间来研究非预测性碰撞规则,从而实现机器人非预测性碰撞实时在线监测。.(3)项目建立了基于相对动力学的双臂机器人建模,提出了基于相对动力学模型的双臂协调控制方法,实现了在同一动力学框架下对面向任务的双臂机器人多约束条件下的构型进行优化。.(4)为验证提出的仿生关节柔性生成机理、非预测性碰撞模型和双臂协调控制方法,本项目基于虚拟样机技术优化双臂机器人的结构参数,对现有双臂机器人系统进行优化。并对仿生关节柔性机理、非预测性碰撞和协调控制方法进行实验验证。.以上研究内容和结论为双臂机器人系统的发展提供理论与技术方案之外,还将为解决其他机器人领域研究中的难题提供可能的方法,具有重要的研究意义。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(4)
专利数量(17)
基于主从任务转化的闭环控制避障算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    机械工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张建华;胡平;张小俊;刘进长;刘璇
  • 通讯作者:
    刘璇
一种任务转化的动态避障算法
  • DOI:
    10.19356/j.cnki.1001-3997.2018.07.016
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    机械设计与制造
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡平;刘璇;张建华
  • 通讯作者:
    张建华
基于二阶前馈外力观测器的机械臂碰撞策略
  • DOI:
    10.13196/j.cims.2019.07.018
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    计算机集成制造系统
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张建华;蔡灿;刘璇;张明路
  • 通讯作者:
    张明路
CONTINUOUS MOTION AND TIME-VARYING STIFFNESS ESTIMATION OF THE HUMAN ELBOW JOINT BASED ON SEMG
基于SEMG的人体肘关节连续运动及时变刚度估计
  • DOI:
    10.1142/s0219519419500404
  • 发表时间:
    2019-08-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF MECHANICS IN MEDICINE AND BIOLOGY
  • 影响因子:
    0.8
  • 作者:
    Li, Kexiang;Liu, Xuan;Hou, Zimin
  • 通讯作者:
    Hou, Zimin
Estimation of continuous elbow joint movement based on human physiological structure
基于人体生理结构的肘关节连续运动估计
  • DOI:
    10.1186/s12938-019-0653-2
  • 发表时间:
    2019-03-20
  • 期刊:
    BIOMEDICAL ENGINEERING ONLINE
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Li, Kexiang;Zhang, Jianhua;Zhang, Minglu
  • 通讯作者:
    Zhang, Minglu

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其他文献

柴油机Fe-Cu分子筛SCR催化剂的数值模拟
  • DOI:
    10.16236/j.cnki.nrjxb.202002022
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    内燃机学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    苏庆运;刘轩江;佟德辉;张学敏;张建华;霍翠英
  • 通讯作者:
    霍翠英
三角代数上的零点(m,n)-弱可导映射
  • DOI:
    10.11845/sxjz.2014211b
  • 发表时间:
    2015-06
  • 期刊:
    数学进展
  • 影响因子:
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  • 作者:
    费秀海;张建华;王中华
  • 通讯作者:
    王中华
Synergistic interaction between ABA and IAA due to moderate soil drying promotes grain filling of inferior spikelets in rice
土壤适度干燥导致 ABA 和 IAA 之间的协同相互作用促进水稻劣质小穗的灌浆
  • DOI:
    10.1111/tpj.15642
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Plant Journal
  • 影响因子:
    7.2
  • 作者:
    滕振宁;于辉辉;王冠群;孟栓;刘伯涵;易亚科;陈银科;郑芹;刘玲;杨建昌;段美娟;张建华;叶能辉
  • 通讯作者:
    叶能辉
Parallel asynchronous control strategy for target search with swarm robots
群体机器人目标搜索的并行异步控制策略
  • DOI:
    10.1504/ijbic.2009.023811
  • 发表时间:
    2009-03
  • 期刊:
    International Journal of Bio-Inspired Computation
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    薛颂东;张建华;曾建潮
  • 通讯作者:
    曾建潮
船用离心风机内部流动诱发蜗壳振动的数值研究
  • DOI:
    10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0405
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    机械科学与技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张建华;楚武利;董兴杰;张皓光
  • 通讯作者:
    张皓光

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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