移乘护理机器人背抱运动舒适性研究

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作者 冯立艳 胡东 +2 位作者 刘腾 张建军 郭士杰 《机械设计》 北大核心 2025年第6期85-92,共8页

下肢失能患者人工移乘过程存在护理人员体力负荷大、患者舒适性差的双重问题,为此移乘护理机器人成为重要解决方案,但背抱舒适性缺乏量化评估方法。文中通过将背抱过程划分为5个阶段,结合3个位姿因素(水平/铅垂位移、胸靠角度)试验与Any... 下肢失能患者人工移乘过程存在护理人员体力负荷大、患者舒适性差的双重问题,为此移乘护理机器人成为重要解决方案,但背抱舒适性缺乏量化评估方法。文中通过将背抱过程划分为5个阶段,结合3个位姿因素(水平/铅垂位移、胸靠角度)试验与Anybody人体生物力学仿真,分析受试者肌电信号与肌肉活力值。试验结果表明:胸靠角度显著影响舒适性。仿真进一步识别出斜方肌等7个活力变化最大的核心肌群,验证了肌肉活力与舒适性关联机制。研究成果构建了基于肌肉生物力学的舒适性量化模型,为机器人舒适性控制策略研究与主观舒适性评价提供了理论依据。 展开更多

关键词 移乘护理机器人 背抱移乘 Anybody 肌电信号 肌肉活力值

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面向情感疗愈的机器人萌形态研究 被引量：2

2

作者 李洁 刘诗雨 +1 位作者 于卓远 郭士杰 《包装工程》 CAS 北大核心 2024年第16期30-39,共10页

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... 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。 展开更多

关键词 服务机器人 情感疗愈 萌形态 生理测量

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工业机器人能耗优化方法研究综述 被引量：13

3

作者 侯庆隆 杨冬 郭士杰 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2018年第22期1-9,共9页

机器人技术作为智能制造的关键,其能耗问题已引起各制造业大国的关注,国内外的研究十分活跃。针对工业机器人能耗优化问题,介绍了轻量化设计、高效驱动系统设计、能量存储和共享装置等低能耗硬件设计方法,从轨迹规划和任务调度方面对能... 机器人技术作为智能制造的关键,其能耗问题已引起各制造业大国的关注,国内外的研究十分活跃。针对工业机器人能耗优化问题,介绍了轻量化设计、高效驱动系统设计、能量存储和共享装置等低能耗硬件设计方法,从轨迹规划和任务调度方面对能耗优化的软件方法进行了综述,介绍了具有应用潜力的软件优化和硬件相结合的混合方法,同时突出了主要研究成果并说明了不足之处;最后指出工业机器人能耗优化具有潜力的发展趋势。 展开更多

关键词 工业机器人 能耗优化 硬件设计 软件优化 混合方法

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基于可穿戴电子手套的手部运动虚拟现实系统

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作者 王大鹏 韩柄添 +3 位作者 张晓航 刘腾 孟垂舟 郭士杰 《天津工业大学学报》 北大核心 2025年第4期1-6,共6页

为提升虚拟现实系统对于触觉感知的准确性和稳定性,提出一种基于多传感器信息融合的手部触觉感知穿戴式电子手套和一个虚拟现实系统。在穿戴式电子手套每根手指的背部布置柔性弯曲传感器(Flex)采集手指弯曲度信息,并在指尖布置力敏电阻... 为提升虚拟现实系统对于触觉感知的准确性和稳定性,提出一种基于多传感器信息融合的手部触觉感知穿戴式电子手套和一个虚拟现实系统。在穿戴式电子手套每根手指的背部布置柔性弯曲传感器(Flex)采集手指弯曲度信息,并在指尖布置力敏电阻器(FSR)实现触觉感知;传感器通过阻抗分压电路与电路板形成电性连接,经过模数转换(ADC)转换为数字信号;收集的传感器信号经过数字低通滤波电路后,通过串口通讯发送至开发的虚拟现实软件,并通过识别不同手势及物体抓握实验来验证系统的可行性。结果表明:该系统的触觉感知信号采集速率高达50 Hz;对于26个字母手势的模式识别准确率高达85.31%;物体抓握实验进一步验证了该系统对于手指捏持力度的精确反馈能力。 展开更多

关键词 多传感器信息融合 可穿戴式电子手套 虚拟现实 数字低通滤波

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基于力信息的人机协调运动控制方法 被引量：6

5

作者 李军强 齐恒佳 +2 位作者 张改萍 赵海文 郭士杰 《计算机集成制造系统》 EI CSCD 北大核心 2018年第8期2005-2011,共7页

为了改善人机协作过程中人机协调运动的稳定性与舒适性,提出一种可变阻尼导纳控制方法。针对操作者运动信息不确定和操作者手臂阻抗参数可变等特点,提出依据人机交互力的大小识别操作者的运动意图,进而改变控制系统虚拟阻尼参数值的方法... 为了改善人机协作过程中人机协调运动的稳定性与舒适性,提出一种可变阻尼导纳控制方法。针对操作者运动信息不确定和操作者手臂阻抗参数可变等特点,提出依据人机交互力的大小识别操作者的运动意图,进而改变控制系统虚拟阻尼参数值的方法,以实现对人体运动的快速响应。应用实验的方法确定了可变阻尼导纳控制方法的参数范围,为人机协调运动的理论研究提供了基础。实验证明,所提控制方法能够实现协调、柔顺的人机协调运动,提高了系统的稳定性和舒适性。 展开更多

关键词 人机协作 人机协调运动 导纳控制 变阻尼 人机交互力

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各向异性扩散滤波的三维散乱点云平滑去噪算法 被引量：21

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作者 戴士杰 任永潮 张慧博 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第10期1843-1849,共7页

针对传统点云去噪算法在去除噪声时易造成模型特征失真的问题,提出一种各向异性扩散滤波的三维散乱点云平滑去噪算法.首先采用张量投票算法计算采样点的张量矩阵,并求解其特征值和特征向量;然后根据采样点的几何特征设计扩散张量的特征... 针对传统点云去噪算法在去除噪声时易造成模型特征失真的问题,提出一种各向异性扩散滤波的三维散乱点云平滑去噪算法.首先采用张量投票算法计算采样点的张量矩阵,并求解其特征值和特征向量;然后根据采样点的几何特征设计扩散张量的特征值,保证在不同特征方向的扩散速率能自适应调整;最后将重构的扩散张量与三维各向异性扩散滤波方程相结合,构造了点云滤波模型用于点云去噪.对不同含噪点云模型进行去噪的实验结果表明,该算法在点云去除噪声的同时,可以有效地保持原始模型的特征信息,避免了模型的过光顺. 展开更多

关键词 点云去噪 各向异性扩散方程 张量投票算法 扩散张量

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基于深度学习的汽车轮毂表面缺陷检测算法研究 被引量：10

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作者 赵海文 赵亚川 +1 位作者 齐兴悦 李锋 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2019年第11期112-115,共4页

汽车轮毂在加工和搬运过程中难免会产生划痕和擦伤等表面缺陷,为解决传统人工检测低效、耗时、检测精度低的缺点,提出使用机器视觉技术完成轮毂表面缺陷的检测。由于轮毂的表面结构复杂,提出将视觉系统安装在机械手末端完成图像采集,并... 汽车轮毂在加工和搬运过程中难免会产生划痕和擦伤等表面缺陷,为解决传统人工检测低效、耗时、检测精度低的缺点,提出使用机器视觉技术完成轮毂表面缺陷的检测。由于轮毂的表面结构复杂,提出将视觉系统安装在机械手末端完成图像采集,并以此提出了一种基于深度学习的汽车轮毂表面缺陷检测算法,该算法首先对采集的原始图片进行分割,然后对分割的图片进行图像增强处理,增强图像的对比度和缺陷的特征,然后将处理后的图片输入已经训练好的卷积神经网络,得出最终的检测结果。实验结果表明,该算法具有很高的准确率。 展开更多

关键词 汽车轮毂 缺陷检测 机器视觉 图像处理 深度学习

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基于2D靶标的摄像机与转台中心轴同步标定方法 被引量：7

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作者 吕海东 任永潮 +1 位作者 戴士杰 王志平 《传感器与微系统》 CSCD 2019年第7期23-27,共5页

针对旋转拼接系统分步标定摄像机和转台中心轴时容易造成误差累计的问题,提出一种基于2D靶标的摄像机与转台中心轴同步标定方法。该方法利用转台旋转调整2D靶标位姿,通过同一组实验数据完成摄像机与转台中心轴两个标定过程。实验结果表... 针对旋转拼接系统分步标定摄像机和转台中心轴时容易造成误差累计的问题,提出一种基于2D靶标的摄像机与转台中心轴同步标定方法。该方法利用转台旋转调整2D靶标位姿,通过同一组实验数据完成摄像机与转台中心轴两个标定过程。实验结果表明:四视角点云拼接试验中,标准球拼接后,重建模型直径与实际直径偏差均值为0. 1293 mm;航空压气机叶片拼接后获得模型厚度与叶片实际厚度偏差的均值为0. 1192 mm,平均偏差率为4. 47%,满足叶片焊接轨迹规划需要。实际应用证明:该方法简化了系统标定流程,在不降低三维点云测量与拼接精度的前提下,提高了系统标定效率。 展开更多

关键词 光学测量 点云拼接 摄像机标定 中心轴标定 同步标定

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纳米磁流体磁性能与一阶磁浮力的研究 被引量：2

9

作者 翟耀 杨文荣 +2 位作者 吴佳男 杨晓锐 陈强 《功能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第11期11107-11113,共7页

磁流体是一种超顺磁性的液态磁性功能材料,其特殊结构使得它区别于普通液体的悬浮性能,各层表观密度随着外磁场改变,导致磁流体内不同高度处的磁压强改变从而产生磁浮力。不同的基载液及磁性微粒含量使得磁流体饱和磁化强度差异很大,在... 磁流体是一种超顺磁性的液态磁性功能材料,其特殊结构使得它区别于普通液体的悬浮性能,各层表观密度随着外磁场改变,导致磁流体内不同高度处的磁压强改变从而产生磁浮力。不同的基载液及磁性微粒含量使得磁流体饱和磁化强度差异很大,在相同的外加磁场作用下磁性能表现有所差异。利用振动样品磁强计测出磁流体的磁化曲线并用有限元软件仿真得磁流体内部磁场分布,以磁压强公式计算不同磁场下的磁压差与磁浮力的理论值,设计磁浮实验装置进行测试。结果表明,磁流体的一阶磁浮力与饱和磁化强度呈正相关,在磁化曲线线性区的弱磁场环境下磁浮力正比于浸没的非磁性物体表面磁场的平方差,达饱和磁场后磁浮力正比于其表面磁场差。研究对于磁流体选矿、油水分离等浮选性能的应用有一定的参考价值。 展开更多

关键词 磁流体 一阶磁浮力 饱和磁化强度 磁压强

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基于可控微气泡的声涡流颗粒轨迹变化研究 被引量：3

10

作者 朱童 刘吉晓 +2 位作者 周一笛 郭士杰 李铁军 《液压与气动》 北大核心 2020年第8期56-61,共6页

超声波与液体中微尺度气泡相耦合时,会产生独特且复杂的声流动(Acoustic Streaming)现象,已被广泛的应用于医疗、生命科学、军事等领域。然而,在气泡声流控(Bubble Acoustic)应用以及研究中,对微尺度气泡形态和尺寸难以形成有效控制,使... 超声波与液体中微尺度气泡相耦合时,会产生独特且复杂的声流动(Acoustic Streaming)现象,已被广泛的应用于医疗、生命科学、军事等领域。然而,在气泡声流控(Bubble Acoustic)应用以及研究中,对微尺度气泡形态和尺寸难以形成有效控制,使得该项技术的可重复性和应用范围受到限制。针对此问题,引入了可控微尺度气泡的概念,利用聚二甲基硅氧烷材料的透气斥水特性,可实现对微尺度气泡生成及其形态变化的有效控制。在此基础上对声流动涡流中颗粒的受力状态进行了理论分析,并通过改变对比实验的核心参数,探究声流动引起的涡流中颗粒运动轨迹与气泡尺寸、颗粒尺寸之间的关系。研究结果表明,通过调节气泡尺寸可实现稳定、线性的声场涡流控制。可控微尺度气泡的引入提高了声流动现象的可重复性,并拓宽了气泡声流控技术的应用范围,对建立自动化、智能化、柔性化的快速细胞分选系统以及疾病快速检测系统具有重要意义。 展开更多

关键词 声流控 可控微尺度气泡 颗粒轨迹

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航空发动机叶片MPAW修复传热建模及冷却方法 被引量：6

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作者 龚淼 戴士杰 +1 位作者 贾鹏 王冬 《焊接学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第7期24-30,I0003,共8页

热源参数和冷却速度是影响钛合金叶片焊接修复质量的关键因素.基于脉冲热源叠加原理和高斯分布特性,建立了焊接热源的数学模型,根据夹具实体结构建立了焊接修复有限元模型,通过COMSOL进行传热过程建模,并通过试验对热源模型进行了验证.... 热源参数和冷却速度是影响钛合金叶片焊接修复质量的关键因素.基于脉冲热源叠加原理和高斯分布特性,建立了焊接热源的数学模型,根据夹具实体结构建立了焊接修复有限元模型,通过COMSOL进行传热过程建模,并通过试验对热源模型进行了验证.根据传热仿真结果分析了夹具的传热特性,设计了夹具的冷却结构和流体参数.通过建立典型位置的参数化表面,对比分析了采用冷却方法之后最高温度变化情况并进行了焊接试验.结果表明,热源模型与实际吻合度较好,采用的换热方法可有效提升焊接修复效果. 展开更多

关键词 叶片修复 传热建模 冷却方法 脉冲等离子弧焊 热流耦合

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基于柔性可控气液界面的微尺度执行器 被引量：1

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作者 严珺嘉 刘吉晓 +1 位作者 周一笛 郭士杰 《液压与气动》 北大核心 2021年第5期164-169,共6页

为了在微尺度范围内实现对目标对象进行柔性施力、推拉等一系列微纳操作,提出一种通过生成控制单个微尺度气泡直接与目标对象进行微纳操作的方法。当用气泡作为执行器对目标对象施力时,由于气体的可压缩性,气泡会被挤压变形,实现了柔性... 为了在微尺度范围内实现对目标对象进行柔性施力、推拉等一系列微纳操作,提出一种通过生成控制单个微尺度气泡直接与目标对象进行微纳操作的方法。当用气泡作为执行器对目标对象施力时,由于气体的可压缩性,气泡会被挤压变形,实现了柔性施力的过程。首先通过毛细管连接气泵的方式在液体环境下生成单个微尺度气泡,并定性分析气压法生成控制气泡变化的过程;随后,为了验证气泡可以作为执行器对研究对象进行施力,实验以一个微型悬臂梁作为参照物,气泡作为执行器对悬臂梁的末端施力,通过悬臂梁的形变来估算气泡的施力值。对实验数据进行分析,得出气泡作为执行器特性以及气泡的形变与其输出力之间的线性关系。 展开更多

关键词 微纳操作 微尺度气泡 柔性执行器

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航空压气机叶片修复夹具流道结构优化研究 被引量：2

13

作者 纪玮 王冬 戴士杰 《机械设计与制造》 北大核心 2020年第4期145-149,155,共6页

为保证TC4钛合金航空压气机叶片焊接修复质量,提高其焊接过程中的高温冷却速度至关重要,而提高夹具的水冷散热速度又是提高叶片冷却速度的关键。基于强化传热理论,在叶片修复夹具上设计了三角形螺纹流道,强制冷却水与夹具换热。通过有... 为保证TC4钛合金航空压气机叶片焊接修复质量,提高其焊接过程中的高温冷却速度至关重要,而提高夹具的水冷散热速度又是提高叶片冷却速度的关键。基于强化传热理论,在叶片修复夹具上设计了三角形螺纹流道,强制冷却水与夹具换热。通过有限元模拟,优化了流道结构,以增加冷却水单位时间内吸收热量Q_1,从而加快叶片高温冷却速度。针对叶片温度大于350℃的情况,分别研究了流道中螺纹螺距P(6~18)mm、牙型底部宽度A(2~6)mm及牙型高度H(0.3~1.2)mm对Q_1的影响。结果表明,Q_1随P、A增大而减少,随H增大而增加。当P=6mm,A=2mm,H=1.2mm时,夹具冷却能力最强,较光孔流道夹具,Q_1大幅增加,传热强化了52.90%。这表明三角形螺纹流道夹具具有良好冷却能力,对保证叶片修复质量有重要指导意义。 展开更多

关键词 TC4钛合金叶片 焊接修复 水冷螺纹流道 强化传热 参数优化

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