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6-PSU并联机器人动力学模型辩识及其驱动力矩估计新方法 被引量:1
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作者 谢兴彪 张晓旭 +1 位作者 孙秀婷 徐鉴 《力学学报》 北大核心 2025年第1期183-198,共16页
并联机器人运动奇异常常会导致电机驱动力矩过载甚至损坏.为降低驱动电机的故障率,以6-PSU型并联机器人为研究对象,提出了基于动力学建模及其参数辨识的解决方案,能够根据预设轨迹提前精确估计驱动力矩以便用于安全性校核.首先,结合凯... 并联机器人运动奇异常常会导致电机驱动力矩过载甚至损坏.为降低驱动电机的故障率,以6-PSU型并联机器人为研究对象,提出了基于动力学建模及其参数辨识的解决方案,能够根据预设轨迹提前精确估计驱动力矩以便用于安全性校核.首先,结合凯恩方法和虚功原理,建立了包含滚珠丝杠模组摩擦、伺服电机摩擦和惯性的逆动力学精细化模型;其次,利用QR分解获得了最小可辨识参数集,并在此基础上考虑了连杆截面的对称性特点,发现了可忽略的连杆惯量,得到了简化的线性化模型;此外,利用统计的方法,验证了激励轨迹优化时考虑摩擦的必要性;然后,利用Simulink/Multibody搭建机器人物理仿真模型进行了参数辨识与驱动力矩估计仿真实验,针对最小可辨识参数集模型和简化模型分别定量分析了两者的参数辨识精度、驱动力估计精度以及抗噪能力;最后,在6-PSU型并联机器人平台上开展了实验验证.结果表明,提出的简化模型在保证相同驱动力矩估计精度的前提下,有效简化了模型复杂度,具有明确的工程价值. 展开更多
关键词 并联机器人 凯恩方法 关节摩擦 激励轨迹优化 参数辨识
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机器人作业工作空间分析与应用 被引量:5
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作者 齐立哲 甘中学 孙云权 《机械设计》 CSCD 北大核心 2021年第10期15-21,共7页
为了更好地设计满足任务要求的机器人,文中通过分析机器人应用系统的特点,阐述了工业机器人应用系统作业点、单作业点作业矩阵空间、单作业点作业空间的含义,进而介绍了机器人作业工作空间的内涵;以机器人叶盘测量系统为例,展示了机器... 为了更好地设计满足任务要求的机器人,文中通过分析机器人应用系统的特点,阐述了工业机器人应用系统作业点、单作业点作业矩阵空间、单作业点作业空间的含义,进而介绍了机器人作业工作空间的内涵;以机器人叶盘测量系统为例,展示了机器人作业工作空间实际应用效果,为机器人结构设计、应用系统布局及避障提供了理论依据。 展开更多
关键词 工业机器人 作业矩阵 作业工作空间 叶盘测量
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结合单列多列神经网络的移动状态人群计数方法研究
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作者 温宇健 郭士杰 《计算机应用与软件》 北大核心 2024年第6期194-199,共6页
已有人群计数方法局限于对人群的全部进行计数,在仅对人群中的移动者进行计数时准确率较低,基于注意力的多阶段深度学习框架被提出以解决这一问题。通过注意力机制适应性地在单列和多列计数网络进行选择,结合单列网络的深层特征表示能... 已有人群计数方法局限于对人群的全部进行计数,在仅对人群中的移动者进行计数时准确率较低,基于注意力的多阶段深度学习框架被提出以解决这一问题。通过注意力机制适应性地在单列和多列计数网络进行选择,结合单列网络的深层特征表示能力和多列网络多尺度特征学习能力,有效提取人群中移动者的特征。实验结果表明,所提出的方法均方误差(MSE)和平均绝对误差(MAE)皆低于已有人群计数方法,能够有效提高处于移动状态的人群的计数精度。 展开更多
关键词 人群计数 深度学习 单列多列网络 注意力机制
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精确抓握力量控制的脑动力学研究
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作者 张娜 李可 +2 位作者 侯莹 张冬梅 魏娜 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第6期711-718,共8页
精确抓握是人类完成多种精细复杂操作的基础,其神经控制机制极其复杂。目前对于精确抓握力量调节时大脑的动力学变化机制尚不明确。探究不同力幅度下精确抓握控制的指力行为和脑电动力学特征。12名健康右利手受试者被要求在10%、20%和30... 精确抓握是人类完成多种精细复杂操作的基础,其神经控制机制极其复杂。目前对于精确抓握力量调节时大脑的动力学变化机制尚不明确。探究不同力幅度下精确抓握控制的指力行为和脑电动力学特征。12名健康右利手受试者被要求在10%、20%和30%最大自主收缩力(MVC)等3个力量水平下进行精确抓握的力量控制,同时采集运动过程中拇指和食指的力信号、压力中心点(COP)轨迹以及脑电信号(EEG),并分别使用变异系数(CV)、COP速度和COP面积以及递归定量分析(RQA)进行量化评估。结果显示,拇指和食指的指尖力信号的CV与力量水平呈现线性正相关(拇指:r=0.624,P<0.001;食指:r=0.721,P<0.001);拇指和食指在30%MVC力量水平的COP面积分别为(1.94±1.21)和(2.02±1.45) mm2,显著大于在10%MVC((1.01±0.81)、(0.89±1.02) mm2)和20%MVC((1.20±0.62)、(1.16±0.63) mm2,P<0.05)时的COP面积。拇指在10%,20%和30%MVC下x和y轴的COP速度分别为(4.23±1.11)、(2.11±0.50)、(1.70±0.40) mm/s和(6.22±1.45)、(3.39±0.70)、(2.90±0.69) mm/s,呈现随着力量水平的增加而逐级下降的趋势(P<0.01),而10%MVC下的食指x和y轴的COP速度((4.95±1.34)、(7.04±1.75) mm/s)显著高于20%MVC((2.78±0.53)、(3.79±0.63) mm/s)和30%MVC ((2.95±0.94)、(3.54±0.82) mm/s,P<0.05)。随着力量水平的增加,EEG信号α频带的RQA参数显著下降(P<0.05)。研究表明,随着力量水平的增加,力量波动性、EEG信号的复杂性增加,手指的调整速度和控制稳定性降低,EEG信号的α频带与精确抓握的运动控制密切相关。研究揭示精确抓握指力的指力控制与中枢神经系统的动力学行为有密切耦联,为深入研究中枢外周协同工作机制、定量评估神经肌肉系统功能提供新的路径。 展开更多
关键词 精确抓握 脑电信号 最大自主收缩力 递归定量分析 神经控制机制
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一类新型仿生起竖结构设计及其动力学分析 被引量:3
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作者 钱佳伟 孙秀婷 +1 位作者 徐鉴 方虹斌 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期2023-2036,共14页
由于生物能够通过丰富的运动形式完成特定的任务,仿生设计方法受到了学者们的广泛关注.蚯蚓在各种环境中具有出色的移动能力和适应性,受此启发,仿蠕虫机器人被提出并应用在搜救、医疗等领域.然而现有的仿蠕虫机器人一般通过体节的轴向... 由于生物能够通过丰富的运动形式完成特定的任务,仿生设计方法受到了学者们的广泛关注.蚯蚓在各种环境中具有出色的移动能力和适应性,受此启发,仿蠕虫机器人被提出并应用在搜救、医疗等领域.然而现有的仿蠕虫机器人一般通过体节的轴向变形实现直线运动,无法实现类似蛇类生物的起竖功能.为了解决现有的仿蠕虫机器人无法起竖的问题,本文提出了一种具有非线性多稳态性质的仿生柔性关节,并在此基础上构建了多节仿生起竖结构以实现类似尺蠖、蛇等生物的起竖功能.首先,本文提出了一种仿生起竖关节模型,推导了多节仿生起竖结构的总势能表达式,从而建立了多节仿生起竖结构的动力学模型;随后,基于多节仿生起竖结构总势能的表达式和多元函数极值原理,提出了实现需求起竖构型的结构参数设计准则,利用动力学模型验证了结构参数设计准则的有效性,并研究了需求构型的触发条件;最后,针对不同起竖节数的设计需求,设计了相应节数的仿生起竖结构.研究结果表明,结构参数设计准则能够使得多节仿生起竖结构达到需求的仿生起竖构型,并在需求构型处保持稳定平衡;此外,定义了初始激励与起竖构型的比例系数单调性变量,并基于仿生起竖结构不同稳态的吸引盆揭示了上述变量构成的构型触发准则,这为仿生起竖结构的构型切换提供了理论依据.本文提出的仿生起竖结构对仿蠕虫机器人的功能拓展具有参考价值和指导意义,也是对仿生设计理论的进一步完善. 展开更多
关键词 仿生结构 结构设计 起竖功能 多稳态 吸引盆
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基于迁移学习和空洞卷积的癫痫状态识别方法 被引量:7
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作者 沈雷 耿馨佚 王守岩 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第6期700-710,共11页
癫痫患者脑电信号的自动检测和发作诊断对临床治疗癫痫具有重要意义。针对训练数据有限及训练与测试数据分布不一致的难点,采用领域间联合知识迁移学习方法,实现小训练数据量下的癫痫状态识别。首先对脑电信号进行4层小波包分解,提取小... 癫痫患者脑电信号的自动检测和发作诊断对临床治疗癫痫具有重要意义。针对训练数据有限及训练与测试数据分布不一致的难点,采用领域间联合知识迁移学习方法,实现小训练数据量下的癫痫状态识别。首先对脑电信号进行4层小波包分解,提取小波包分解系数作为特征,通过边缘分布和联合分布迭代调整,完成源域和目标域特征之间的知识迁移,训练空洞卷积神经网络作为分类器,完成目标域癫痫状态识别。分别在波士顿儿童医院CHB-MIT脑电数据集(22例被试,共计790 h)和波恩大学癫痫脑电数据集(5组,每组100个片段,每段23.6s)上进行算法验证,实验结果表明,所提出的方法对复杂癫痫状态的平均识别准确度、敏感性、特异性在CHB-MIT数据集上达到96.8%、96.1%、96.4%;在波恩数据集上,平均识别准确率为96.9%,有效提高了癫痫状态识别综合性能,实现了癫痫发作稳定可靠检测。 展开更多
关键词 脑电信号 小波包变换 迁移学习 空洞卷积 癫痫识别
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踝关节外骨骼人机耦合动力学与助力性能分析 被引量:7
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作者 高钰清 靳葳 +1 位作者 徐鉴 方虹斌 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期3496-3512,共17页
踝关节在人体下肢运动过程中提供了最大的关节力矩,因此在下肢增强型外骨骼的研究中,踝关节外骨骼受到了重点关注.穿戴外骨骼的人体的行走是典型的动力学问题,但目前人机耦合动力学的相关研究还处于早期阶段.本文以绳驱踝关节外骨骼为... 踝关节在人体下肢运动过程中提供了最大的关节力矩,因此在下肢增强型外骨骼的研究中,踝关节外骨骼受到了重点关注.穿戴外骨骼的人体的行走是典型的动力学问题,但目前人机耦合动力学的相关研究还处于早期阶段.本文以绳驱踝关节外骨骼为研究对象,融合机器人正运动学方法和拉格朗日方程建立了考虑足-地交互力、人体关节力矩和外骨骼力矩的人-机耦合动力学模型.模型中,足-地交互力由Kelvin-Voigt模型结合库伦摩擦模型描述,人体关节力矩由基于粒子群优化的PD控制生成,外骨骼期望力矩由上层控制器依据人体步态周期确定.通过基于模型的动力学仿真,本文从人体踝关节角度、踝关节力矩、踝关节功率和踝关节做功多个角度系统分析了踝关节外骨骼对人体行走的助力效果.研究表明,在2.0 km/h到6.5 km/h的人体步行速度下,穿戴外骨骼可以实现至少24.84%的人体踝关节平均力矩下降和至少24.69%的踝关节做功下降.本文也开展了基于SCONE平台的肌肉骨骼建模和预测仿真.仿真结果表明,在3.6 km/h的步行速度下,穿戴外骨骼可以有效降低比目鱼肌的激活度峰值,并使肌电信号的RMS值下降了6.21%,从而从生理学的角度证实了踝关节外骨骼的助力效果.本文的结果进一步完善了人体下肢-外骨骼耦合系统的动力学建模和分析方法,从动力学和生理学角度证实和解释了踝关节外骨骼对行走的助力机制,也为今后下肢外骨骼的实验研究提供了理论支撑. 展开更多
关键词 下肢动力外骨骼 动力学建模 人机动力学 肌肉骨骼模型 肌肉激活度
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