缓冲规划与机器人多点主动碰撞机理及人工肌肉实现

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    50905170
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0501.机器人与机构学
  • 结题年份:
    2012
  • 批准年份:
    2009
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2010-01-01 至2012-12-31

项目摘要

非结构化环境中人机协调工作是机器人研究前沿,但碰撞是难点,会给机器人造成动态干扰和破坏,对人产生危害。已有研究集中在避碰和单点或平面多点碰撞上。本课题从缓冲规划角度研究空间多点主动碰撞机理。首先,基于Johnson理论和多体动力学建立弹塑碰撞模型,利用拉格朗日非线性约束算子来研究多点开闭链接触;其次,碰撞前利用微分对策规划机器人姿态来控制碰撞状态;碰撞中借鉴太极动作,利用泛函优化方法规划柔顺/阻抗缓冲动作,并通过变刚度和广义动力耦合来实现动作;利用Hession阵求碰撞区驱动器综合变刚度调节律,利用梯度法确定广义动力耦合方向;然后,基于有限元和协同仿真技术对机理进行仿真;最后,综合形状记忆合金、气动肌肉和电动薄膜技术,开展人工肌肉关节主动碰撞应用实验。本课题探索多点、刚柔混合系统带微滑动的主动碰撞机理,建立缓冲规划方法,成果可用于机器人与人协作、护理和救助等领域。

结项摘要

针对机器人与外界的主动接触和安全碰撞,本项目利用柔性梁和非线性弹簧模型,开展了多连杆机械臂的柔性建模与动力学、碰撞力学建模;利用模态假设法对柔性变形进行解耦求解;综合考虑阻尼和刚度矩阵,仿真分析了不同材质机械臂的柔性变形;分析了变刚度、变姿态和不同驱动力矩下的碰撞响应;设计了自由空间和接触空间下的自适应阻抗控制算法,增强碰撞安全性;设计并建立了柔性机器人碰撞实验平台,开展了柔性碰撞实验;设计并建立了机器人缓冲柔顺阻抗控制实验平台,开展了柔顺接触实验。设计了形状记忆合金丝编织网气动人工肌肉,及其驱动的仿生关节;开发了形状记忆合金丝气动肌肉测试平台和样机;建立虚拟样机和实物样机仿真平台。分析了机构参数对关节仿生特性的影响,优化设计了拮抗安装的两个气动肌肉驱动的仿生手臂关节。针对缓冲控制实用中的碰撞检测问题,设计了无需力传感器的碰撞观测器,以及机器视觉碰撞检测中的稳像算法。实验表明,建立的柔性多体系统的非线性碰撞动力学模型正确,求解方法可行;机器人手臂的柔性碰撞响应与材质有密切关系;手臂不同姿态会影响转动惯量和碰撞接触速度;本项目设计的自适应阻抗控制算法可实现碰撞主动缓冲调节; 柔性变形会使得机械臂的位控和力控效果变差;自适应阻抗控制会改善控制响应,对环境不确定具有鲁棒性;形状记忆合金丝编织网气动肌肉,调节特性更灵活,与人体生物肌肉特性跟接近;非对称、不等高的、气动肌肉驱动的仿人机器人手臂仿生特性好,便于实现缓冲碰撞。无力传感器的碰撞检测和碰撞下机器视觉稳像技术,为本项目研究的主动缓冲碰撞实际应用提供了基础。利用研究成果开发了相关仿生关节。已发表相关论文22篇(20篇标有基金号),其中SCI源收录4篇,EI收录9篇,一级期刊5篇,核心期刊7篇,一般期刊1篇;已录用待发表论文3篇(都标有基金号,2篇SCI源期刊);授权发明专利2项,授权实用新型专利6项,已公开发明专利5项;毕业硕士生3名。研究成果的应用研究得到了科技部质检公益性行业科研计划支持。

项目成果

期刊论文数量(23)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(13)
机器人双臂建模与击掌碰撞虚拟样机仿真
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中国计量学院学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    严冬明;王斌锐;金英连
  • 通讯作者:
    金英连
A Distributed Parallel Motion Control for the Multi-Thruster Autonomous Underwater Vehicle
多推进器自主水下航行器分布式并行运动控制
  • DOI:
    10.1080/15397734.2012.726847
  • 发表时间:
    2013-02
  • 期刊:
    Mechanics Based Design of Structures and Machines
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    B. He;B. R. Wang;T. H. YAN;Y. Y. Han
  • 通讯作者:
    Y. Y. Han
基于特征匹配和卡尔曼滤波的机器人视觉稳像
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    计算机工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐崟;王斌锐;金英连
  • 通讯作者:
    金英连
Jitter Compensation System Design and Test for Robot Vision Based on Optical Flow and Filter
基于光流和滤波器的机器人视觉抖动补偿系统设计与测试
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    International Journal of Advanced Robotic Systems
  • 影响因子:
    2.3
  • 作者:
    wang binrui;jin yinglian;shao danlu;xu yin
  • 通讯作者:
    xu yin
MODEL SIMULATION AND POSITION CONTROL EXPERIMENTS OF PNEUMATIC MUSCLE WITH SHAPE MEMORY ALLOY BRAIDED SLEEVE
形状记忆合金编织套气动肌肉模型仿真及位置控制实验
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    International Journal of Robotics and Automation
  • 影响因子:
    0.9
  • 作者:
    wang binrui;jin yinglian;cheng miao;zhou weiyi
  • 通讯作者:
    zhou weiyi

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其他文献

果实收获机器人关节滑模控制系统设计与试验
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    王斌锐
双足机器人四连杆仿生膝关节的研
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    机械设计, 23(7):13-15, 2006.7
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    徐心和
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    东北大学学报(自然科学版),Vol.26, No.7 (2005.7),617-620,EI 收录
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    傅莉;王斌锐;徐心和
  • 通讯作者:
    徐心和
基于KP模型的气动肌肉迟滞建模研究
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    中国机械工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    谢胜龙;李铁风;王斌锐;陈迪剑
  • 通讯作者:
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仿生膝关节样机与协同仿真方法研
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    系统仿真学报, 18(6): 1554-1557, 2006.6, EI: 6279980493
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王斌锐;金英连;徐心和
  • 通讯作者:
    徐心和

其他文献

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有脊椎气动肌肉四足机器人机构与滑坡面步态CPG调节机理
  • 批准号:
    51575503
  • 批准年份:
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  • 资助金额:
    64.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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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

        graph TD
          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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