本科课程“人机交互技术”教学改革

持续以业界流行技术充实现有课程模块是当前应用型本科课程改革的热点。本文以“人机交互技术”课程为对象，结合Kinect和Unity讲解和实践语音、图像和虚拟现实情景中人机交互案例。通过公选课面向多专业学生组班，理实一体化的授课方式，增强了课程内容的新颖性和实用性。可为多专业后续进一步应用提供技术储备。     

基于语音交互功能的医疗服务机器人控制系统设计

根据老年人、残疾人的实际需求,设计了医疗服务型机器人移动本体和6自由度机械手臂,搭建了以简化隐式马科夫模型为基础的自动语音辨识控制系统。该控制系统通过人机交互系统的语音命令与键盘指令,可控制机器人运行到指定位置,控制机械手抓取物体,实现机器人的避障功能和座椅、病床两模式的自主切换。针对典型医疗服务需求,对所设计的医疗服务机器人进行了实验,实验结果表明,该机器人在人机交互指令控制下能很好地实现到达指定位置、抓取物体、避障和病床/座椅模式切换,不仅易于操作,而且性能稳定,语音系统对命令的识别率达90%以上,从而验证了该医疗服务型机器人控制系统设计的可行性和有效性。     

基于循环抑制CPG 模型控制的蛇形机器人三维运动

具有三维运动能力和独特的节律运动方式，使生物蛇能在复杂的地形环境中生存. 大多数动物节律运动是由中央模式发生器(Central pattern generator, CPG) 控制的. 以此为理论依据, 首次以循环抑制建模机理构建蛇形机器人组合关节运动控制的CPG 模型. 证明该模型是节律输出型CPG 中微分方程维数最少的. 采用单向激励方式连接该类CPG 构建蛇形机器人三维运动神经网络控制体系，给出该CPG 网络产生振荡输出的必要条件. 应用蛇形机器人动力学模型仿真得到控制三维运动的CPG 神经网络参数，利用该CPG 网络的输出使\勘查者"成功实现三维运动. 该结果为建立未探明的生物蛇神经网络模型提供了一种全新的方法.     

智能校园巡检机器人设计与控制

针对校园巡检作业需求设计机器人本体,应用多传感器信息融合技术实现路面检测和路径规划,根据全局地图和局部信息整合实现精确定位.依据特定校园地图对该机器人系统的自动巡航作业、指定巡检作业和避障等功能进行了验证.该设计可为实用型智能校园巡检机器人设计提供技术储备和控制方法.     

基于循环抑制CPG模型的蛇形机器人控制器

依据生物利用中央模式发生器(Central pattern generator,CPG)的自激行为产生有节律的协调运动适应多种环境,基于循环抑制CPG建模理论设计了蛇形机器人CPG控制器模型,分析了单个神经元、循环抑制CPG以及该控制器模型的稳定性,并把该控制器应用到一个结合蛇形机器人“勘查者-Ⅰ”动力学特性的仿真模型,得到了实现蜿蜒运动的CPG控制器参数,进而研究了调节S波个数、身体构形曲率、蜿蜒运动速度以及运动轨迹曲率的CPG控制器参数设定策略。此外,“勘查者-Ⅰ”应用该CPG控制器的输出成功实现了蜿蜒运动。该研究结果为设计人工CPG控制器提供了一个可行的方法。     

机器人碰撞保护

对机器人力矩控制进行了研究,首先从牛顿-欧拉算法分析了机器人要辨识的动力学基本参数,并建立了机器人外部扰动力矩模型。然后基于机器人外部力矩扰动的力学模型,设置控制置信区间,实现了机器人碰撞保护。最后对机器人进行了碰撞试验,从刚性碰撞、柔性碰撞和轻微碰撞对机器人碰撞进行试验。试验表明,基于力矩模型的机器人碰撞保护方法能在机器人发生碰撞初期及时制止,从而保护人和物件。     

足球机器人交互规则控制系统设计

在足球机器人人机交互运动辨识中,由于人类在足球运动中复杂的姿势、行为动作、生理心理状态、语言、情感和触觉等自然能力,造成了机器人在对足球运动动作辨识过程中存在大量的伪动作指令.传统的人机交互动作辨识方法去除伪动作所应用的计算过程过于复杂,致使识别速度缓慢,效率低.提出一种新的足球机器人人机交互运动辨识方法,选择中型组足球机器人UP-VoyagerⅢ作为研究对象,应用Kinect体感技术实现人体骨骼的检测和跟踪,设计人体前进、后退、左行、右行和停止等上肢动作规则.以中型组足球机器人持球器方向为正前方,针对对应规则设计圆周等距排列的3轮组成万向运动底层速度分解策略,以实现快速的人机交互功能.实验表明该中型组足球机器人可以根据系统架构实现人体动作辨识,进而执行相应动作.研究方法为中型组机器人辨识人动作信息提供了实用和可靠的方法.     

基于水质监测的船形机器人设计

随着现代工业的快速发展,环境污染对人们的日常生活产生了很大的影响,水污染是最严重的环境污染之一;为实现水质实时检测设计了一种船型机器人,该机器人采用双尾电机协调实现运动控制,并应用多传感器信息融合技术设计了智能水质检测系统;该系统以GPS为导航,搭载水质PH值、浊度、电导率、温度检测装置,实现了对指定水域水质的采集与分析,并将水质检测数据通过无线传输到上位机;实验结果表明,该环境检测船形机器人可大大减少人工检测的工作量,检测数据准确,具有一定的应用前景.