基于CNN-GRU的遥操作机器人操作者识别与自适应速度控制方法 被引量：18

1

作者 阳雨妍 宋爱国 +1 位作者 沈书馨 李会军 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期123-131,共9页

传统空间遥操作系统中从端机械臂的运动速度完全取决于操作者的操作速度。为了提高空间遥操作系统的安全性,提出了一种基于操作者操作速度识别的自适应速度控制方法。结合深度学习的理论,提出了一种基于卷积神经网络(CNN)和门控循环单元... 传统空间遥操作系统中从端机械臂的运动速度完全取决于操作者的操作速度。为了提高空间遥操作系统的安全性,提出了一种基于操作者操作速度识别的自适应速度控制方法。结合深度学习的理论,提出了一种基于卷积神经网络(CNN)和门控循环单元(GRU)神经网络的融合模型来对操作者的速度进行识别分类。选取了九位受试者构建操作者速度样本库,将操作者的操作速度分为3类,最终识别准确率达到92.71%;并且在此基础上使用串级PID实现从端机械臂的自适应速度控制。实验表明:该模型对新操作者也可以准确识别,同时该模型准确性优于卷积神经网络和循环神经网络(RNN)的融合模型,实时性优于卷积神经网络和长短期记忆(LSTM)神经网络的融合模型;基于该模型的自适应速度控制可以在保证从端机械臂运动轨迹不变的前提下,降低机械臂的末端线速度,有助于提高空间遥操作系统的安全性。 展开更多

关键词 空间遥操作 卷积神经网络 门控循环单元神经网络 串级PID 速度控制

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空间遥操作任务中显控界面关键技术研究进展 被引量：11

2

作者 薛书骐 姜国华 +1 位作者 田志强 蒋婷 《载人航天》 CSCD 2014年第5期497-502,共6页

为提高空间站机械臂等空间遥操作任务的操作表现,提升操作者的临场感是一项重要的技术途径。为此,须开展显控界面的工效学设计。结合目前国内外研究文献,分别就视觉实景界面,增强现实界面,对抗时延的操作策略,语音、力觉交互以及预警机... 为提高空间站机械臂等空间遥操作任务的操作表现,提升操作者的临场感是一项重要的技术途径。为此,须开展显控界面的工效学设计。结合目前国内外研究文献,分别就视觉实景界面,增强现实界面,对抗时延的操作策略,语音、力觉交互以及预警机制等几项关键技术进行了梳理和讨论,并提出了几项空间遥操作人机界面可以深入展开的研究方向。 展开更多

关键词 空间遥操作 显示与控制 人机界面 时延

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一种面向在轨服务的空间遥操作人机交互方法 被引量：6

3

作者 程瑞洲 黄攀峰 +1 位作者 刘正雄 鹿振宇 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期1187-1196,共10页

为了解决人在遥操作回路中,人与操作目标时空隔离、缺乏环境信息和天地回路大时延等实际问题,以及减少空间机器人缺乏自主智能性和操作者手抖颤等不利因素,针对空间在轨服务操作交互问题,提出一种基于增强虚拟安全通道(AVSC)的分层辅助... 为了解决人在遥操作回路中,人与操作目标时空隔离、缺乏环境信息和天地回路大时延等实际问题,以及减少空间机器人缺乏自主智能性和操作者手抖颤等不利因素,针对空间在轨服务操作交互问题,提出一种基于增强虚拟安全通道(AVSC)的分层辅助遥操作(LAT)方法。首先,设计组合体增强虚拟安全通道,通过给主端操作者施加虚拟引导力辅助完成操作任务,与徒手操作相比,操作时间短、操作平稳;其次,设计分层辅助遥操作系统,通过获取空间机器人末端与期望轨迹上最近点之间的距离,在安全通道内划分不同的虚拟力场,辅助操作者更加灵活地操作。演示实验表明,该方法利用力触觉和视觉信息,引导操作者控制空间机器人末端运动至期望位置,可以有效地提高操作精度、减轻操作者心理压力和减少操作时间。 展开更多

关键词 空间机器人 空间遥操作 增强虚拟 虚拟力触觉反馈 人机交互

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基于时延预测的空间遥操作系统广义预测控制 被引量：6

4

作者 杨艳华 阳方平 +3 位作者 李洪谊 化建宁 张峰 余飞 《载人航天》 CSCD 2013年第2期30-37,共8页

针对导致遥操作系统性能下降甚至不稳定的时变大时延问题,提出一种基于在线时延预测的广义预测控制(GPC)方法。鉴于空间遥操作系统一般由多自由度主、从端构成,而且环境模型未知,则在主端以一种基于稀疏矩阵的核非线性回归方法设计时延... 针对导致遥操作系统性能下降甚至不稳定的时变大时延问题,提出一种基于在线时延预测的广义预测控制(GPC)方法。鉴于空间遥操作系统一般由多自由度主、从端构成,而且环境模型未知,则在主端以一种基于稀疏矩阵的核非线性回归方法设计时延预测器,同时将多自由度从端机械臂的非线性动力学模型线性化,根据预测的时延设计GPC,使系统稳定并且满足位置和速度跟踪性能要求。在从端,通过设计非线性补偿器以补偿从端的非线性部分。仿真取得有效结果。 展开更多

关键词 空间遥操作 大时延 广义预测控制 核非线性回归

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自由飞行空间机器人的遥操作分数阶PID控制(英文) 被引量：5

5

作者 时中 黄学祥 +1 位作者 谭谦 胡天健 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第6期800-808,共9页

作为空间操控的重要手段,空间遥操作将趋向于更精细和更灵活.然而传统的空间遥操作控制方法难以兼顾操作的精细性和灵活性.针对这一问题,本文阐述了一种面向自由飞行空间机器人的遥操作分数阶PID控制方法.首先根据自由飞行空间机器人的... 作为空间操控的重要手段,空间遥操作将趋向于更精细和更灵活.然而传统的空间遥操作控制方法难以兼顾操作的精细性和灵活性.针对这一问题,本文阐述了一种面向自由飞行空间机器人的遥操作分数阶PID控制方法.首先根据自由飞行空间机器人的动力学模型,设计了空间遥操作分数阶PID控制系统.其次,针对空间遥操作时滞系统和系统的鲁棒性和抗干扰性要求,基于系统的参数稳定域,对分数阶PID控制器的参数进行整定.最后,数值仿真和地面遥操作实验验证了分数阶PID控制器的跟踪性能、抗干扰性、鲁棒性和抗时延抖动性能.因此,本文设计的分数阶PID控制器不仅适合于空间遥操作复杂时滞系统,而且可以满足未来空间遥操作任务的发展需求. 展开更多

关键词 空间遥操作 PID控制 分数阶微积分 参数稳定域 D–分割法

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基于时变输出约束的机器人遥操作有限时间控制方法 被引量：4

6

作者 李陇南 黄攀峰 马志强 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2022年第1期19-34,44,共17页

受操作时间窗口和工作空间的限制,空间遥操作任务需要在有限时间内完成,同时确保末端执行器满足物理约束。此外,时延和外部扰动使不确定遥操作系统的稳定性和控制性能受到严重影响。为此,本文提出了一种基于时变输出约束的机器人遥操作... 受操作时间窗口和工作空间的限制,空间遥操作任务需要在有限时间内完成,同时确保末端执行器满足物理约束。此外,时延和外部扰动使不确定遥操作系统的稳定性和控制性能受到严重影响。为此,本文提出了一种基于时变输出约束的机器人遥操作有限时间控制方法。首先,利用积分障碍李雅普诺夫函数处理操作空间的时变约束问题,实用有限时间李雅普诺夫稳定定理保证了系统的快速稳定性。然后,利用神经网络估计环境力以及消解模型不确定性带来的影响,利用鲁棒项补偿神经网络的估计偏差和消解未知外部扰动的影响。最后,在Matlab/Simulink环境下同其他算法进行仿真对比,并在地面实验平台上验证了该算法,理论仿真和实验结果表明该方法进一步提高了误差收敛速率和收敛精度,且系统的输出不会超出预先设定的时变边界。 展开更多

关键词 空间遥操作 积分障碍李雅普诺夫函数 有限时间 时变输出约束 神经网络

原文传递

面向空间遥操作的成像与条纹投影相融合的三维测量方法

7

作者 胡慧然 宋爱国 +2 位作者 魏林琥 毛婧超 谢雨臻 《载人航天》 CSCD 北大核心 2024年第6期798-804,共7页

为解决单一视觉传感器在空间遥操作任务中的三维测量精度不高、完整性不足,以及成本和精度无法兼顾的问题,提出了一种结合条纹投影与RGB⁃D相机的三维测量方法。该方法通过将相位数据与深度数据相结合,采用相位深度二阶差分的质量引导解... 为解决单一视觉传感器在空间遥操作任务中的三维测量精度不高、完整性不足,以及成本和精度无法兼顾的问题,提出了一种结合条纹投影与RGB⁃D相机的三维测量方法。该方法通过将相位数据与深度数据相结合,采用相位深度二阶差分的质量引导解包裹算法进行绝对相位提取,最终通过多项式拟合对相位差和深度数据进行融合。实验结果表明:在球面测量与阶梯型标准件测量中,该融合方法显著提高了测量数据的完整性和精度,相比单独使用RGB⁃D测量,测量精度提高了3%。同时,实验确认三次多项式拟合具有最优的测量结果融合效果。 展开更多

关键词 条纹投影 RGB⁃D 三维测量 数据融合 空间遥操作

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基于6-DOF解耦操作臂的空间遥操作控制及运动学分析 被引量：2

8

作者 王裕基 孙富春 +1 位作者 刘华平 杨绍红 《信息与控制》 CSCD 北大核心 2012年第1期38-43,共6页

针对由6-DOF解耦操作臂及其末端手爪组成的操作臂系统,设计了符合工程实际的遥操作控制策略,并提出了一种简单的运动学解算方法.采用Motoman工业操作臂,对提出的方法进行了实验验证.实验结果证明了所提方法的可行性.

关键词 空间遥操作 控制 运动学 6自由度

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空间遥操作动态避障型虚拟夹具技术研究 被引量：2

9

作者 刘正雄 黄攀峰 +1 位作者 潘吉祥 鹿振宇 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第2期227-234,共8页

针对空间遥操作中对操作效率的要求,首先提出一种新型的基于虚拟夹具力约束控制方法,较传统交互方法提高了操作效率;在此基础上,针对复杂空间环境和一些非结构化环境因素导致的空间遥操作安全性问题,提出一种基于人工势场的虚拟夹具动... 针对空间遥操作中对操作效率的要求,首先提出一种新型的基于虚拟夹具力约束控制方法,较传统交互方法提高了操作效率;在此基础上,针对复杂空间环境和一些非结构化环境因素导致的空间遥操作安全性问题,提出一种基于人工势场的虚拟夹具动态避障方法。该方法通过实时测量机械臂末端与障碍物间的距离计算势场作用力的大小,并将障碍物简化为质点和六面体模型,在障碍物进入势场作用范围时,根据变化的势场力的大小为操作人员提供额外的力觉反馈,辅助操作人员控制机械臂末端在未知环境中动态避障。通过CHAI3D搭建的虚拟现实仿真平台验证了该方法在提高操作性能的同时保证操作安全性。 展开更多

关键词 人工势场 动态避障 表面诱导人工势场衰减斥力 空间遥操作 虚拟夹具

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空间遥操作分段自适应碰撞预警方法 被引量：2

10

作者 时中 黄学祥 崔吉祥 《飞行器测控学报》 CSCD 2016年第1期41-47,共7页

目前空间遥操作碰撞预警机制并未考虑遥操作任务的阶段性特点,操作的快速性与精细性难以兼顾。针对这一现状,提出了空间遥操作分段自适应碰撞预警方法。通过计算机械手末端与操作目标之间的相对距离,将遥操作任务划分为自由接近、精细... 目前空间遥操作碰撞预警机制并未考虑遥操作任务的阶段性特点,操作的快速性与精细性难以兼顾。针对这一现状,提出了空间遥操作分段自适应碰撞预警方法。通过计算机械手末端与操作目标之间的相对距离,将遥操作任务划分为自由接近、精细调整和操作控制三个阶段,分阶段自适应调整碰撞检测策略和操作比例系数,并通过直观的预警视觉信息,使得遥操作员实时感知任务阶段。目标逼近试验表明:在自由接近段,随着对目标的逼近,操作速度从7.46mm/s逐渐减小为4.41mm/s,关节运动和相对位置的抖动较大;在精细调整段,操作速度为3.98mm/s,关节运动和相对位置的抖动较小。因此,该分段自适应碰撞预警方法有效克服了操作快速性与精细性的矛盾,适合于未来更为精细、复杂的空间遥操作任务。 展开更多

关键词 空间遥操作 碰撞预警 分段自适应调整 方向包围盒(OBB) 旋转矩阵

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基于灵巧手的空间遥操作仿真系统 被引量：1

11

作者 何瑾 张国峰 戴树岭 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第21期6915-6918,6924,共5页

针对空间遥操作普遍存在的通讯大延时问题,采用3D图形预测显示的方法,建立了基于灵巧手的遥操作仿真系统。操作人员借助数据手套,直接控制虚拟场景中的图形灵巧手来完成作业,图形灵巧手对操作者的输入指令即时响应,远程灵巧手的动作是... 针对空间遥操作普遍存在的通讯大延时问题,采用3D图形预测显示的方法,建立了基于灵巧手的遥操作仿真系统。操作人员借助数据手套,直接控制虚拟场景中的图形灵巧手来完成作业,图形灵巧手对操作者的输入指令即时响应,远程灵巧手的动作是经过一定时延迟后图形灵巧手运动的再现,从而有效地避开底层通讯时延的影响。首先介绍了系统框架,然后详细介绍了虚拟环境的建模,包括三维实体建模和运动学建模,重点讨论了人手到灵巧手的运动映射,并对空间通讯延迟进行了数学仿真,最后通过仿真对系统进行了验证。 展开更多

关键词 空间遥操作 灵巧手 虚拟现实 运动映射

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空间遥操作人体动作捕捉相似性控制方法

12

作者 时中 黄学祥 胡天健 《飞行器测控学报》 CSCD 2017年第5期342-350,共9页

针对传统空间遥操作控制方法灵活性不足的问题,提出了一种ATSMS(Adaptive Terminal Sliding Mode Similarity,自适应终端滑模相似性)控制方法。该方法在利用动作捕捉技术采集操作者手臂末端位置和关节角数据的基础上,设计了ATSM(Adaptiv... 针对传统空间遥操作控制方法灵活性不足的问题,提出了一种ATSMS(Adaptive Terminal Sliding Mode Similarity,自适应终端滑模相似性)控制方法。该方法在利用动作捕捉技术采集操作者手臂末端位置和关节角数据的基础上,设计了ATSM(Adaptive Terminal Sliding Mode,自适应终端滑模)控制器,精确控制空间机器人的末端位置;还设计了钳位速度,控制机器人关节构型趋向于操作者手臂关节构型,且不会影响末端位置的精确控制。数值仿真和地面实验结果表明,ATSMS控制方法可以实现操作者对空间机器人末端位置的精确控制和关节空间的灵活控制,末端位置控制精度约为97.58%,操作者手臂与机器人关节空间平均相似度高达99.06%。因此,ATSMS控制方法提高了空间遥操作的灵活性,可以应用于未来更为精细和复杂的空间遥操作任务中。 展开更多

关键词 空间遥操作 动作捕捉 自适应终端滑模(ATSM)控制 相似性控制 钳位速度

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基于线性矩阵不等式空间遥操作系统的鲁棒H_∞控制 被引量：5

13

作者 杨艳华 阳方平 +1 位作者 化建宁 李洪谊 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第11期1-7,共7页

针对具有力反馈空间遥操作系统的时变大时延和环境模型参数不确定问题,提出一种基于线性矩阵不等式(Linearmatrix inequality,LMI)的鲁棒H∞控制方法。对于回路时延是未知时变的遥操作系统,该方法只需要已知时延的上下界,可以解决环境... 针对具有力反馈空间遥操作系统的时变大时延和环境模型参数不确定问题,提出一种基于线性矩阵不等式(Linearmatrix inequality,LMI)的鲁棒H∞控制方法。对于回路时延是未知时变的遥操作系统,该方法只需要已知时延的上下界,可以解决环境模型参数不确定问题,并获得良好的位置和力跟踪性能。将主从端的动力学模型转化成相应的状态空间方程,并将其离散化、合并为一个离散状态空间方程;然后根据该系统方程,基于LMI方法设计状态反馈控制器,通过定义Lyapunov函数分析闭环系统的稳定性,并且分别给出在环境模型参数确定和不确定情况下,使得闭环系统渐近稳定且满足给定位置跟踪性能的充分条件;仿真试验结果表明所提出的方法可使得遥操作系统渐进稳定且具有好的位置和力跟踪性能。 展开更多

关键词 空间遥操作 大时延 不确定 线性矩阵不等式 H∞控制

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面向托卡马克腔远程维护的机械臂设计与分析 被引量：1

14

作者 何强 曹其新 +1 位作者 高雪官 王鹏飞 《机电一体化》 2013年第6期29-31,67,共4页

根据ITER托卡马克装置远程维护的特点,提出了遥维护系统原理样机。重点讲述了遥操作机械臂结构参数设计优化和关节模块设计,以期实现遥控操作、精确定位、灵活避障等设计要求。结合实际要求,进行了强度校核与运动学仿真。

关键词 托卡马克 机械臂 工作空间 遥操作 运动仿真

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空间遥控机械手的声控识别与应答系统

15

作者 贺怀清 洪炳熔 李华忠 《高技术通讯》 EI CAS CSCD 1999年第12期23-27,共5页

描述了用自然语言控制空间遥控机械手执行远程操作的自然语言接口系统。该系统以孤立词语音识别为核心, 着重于系统的可靠性和实用性。为此, 在系统的开发过程中, 考虑了人类语音交互的听觉感知特点、汉语的一字一音节特点、具体识别时... 描述了用自然语言控制空间遥控机械手执行远程操作的自然语言接口系统。该系统以孤立词语音识别为核心, 着重于系统的可靠性和实用性。为此, 在系统的开发过程中, 考虑了人类语音交互的听觉感知特点、汉语的一字一音节特点、具体识别时语音的声学模型不必与其语言学模型严格一致的特点以及环境噪声对系统性能的影响等, 提出以过渡段+ 韵母段作为识别基元, 采取多层识别策略进行识别。识别实验与仿真实验结果表明, 系统达到了预期性能指标, 声控准确率为98% 展开更多

关键词 空间遥控机械手 识别基元 声控识别 应答系统

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