针对煤矿智能开采,对采矿智能掘进机结构和控制系统进行了设计。该掘进机结构包括截割头、行走机构、本体部分、液压系统、电气系统及其他辅助系统。设计了掘进机的主要动力装置和液压控制系统,同时根据掘进机的结构特点,采用CAN总线实现掘进机各系统的集成控制,设计了掘进机控制系统的人机交互界面。通过掘进机的现场测试,该掘进机机械臂在控制系统操作下能够稳定运行,表明所设计的控制系统具有较高的可靠性。

针对汽车后桥在生产培训和研发阶段拆卸繁琐、成本高的问题,以Microsoft Visual Studio和Unity3D为开发平台,结合HoloLens的人机交互和空间映射技术,建立了增强现实环境下的汽车后桥虚拟拆卸系统。该系统包括后桥零部件展示、后桥的自动拆卸和手动拆卸模块。系统测试表明该系统可以实现后桥虚拟模型在真实台架上的显示,能够通过自动和手动的方式快速实现汽车后桥的虚拟拆卸,系统具有良好的沉浸性和交互性,可以为设计、生产培训人员和工程应用提供有用的帮助。

以正常人和具有腰背活动功能障碍的人群提供活动助力为设计目标,对可穿戴助力产品进行结构设计,以实现穿戴感小、操作简单、功能稳定、人机协调性好等目标。基于人机工程学和人体步态运动规律提出一种由仿生脊柱引导的穿戴助力产品的结构设计方法和设计依据,依此对可穿戴助力产品进行详细研究和设计,并使用JACK软件对产品进行模拟仿真。设计依据符合实际,可穿戴助力产品实现了腰背活动助力的目的,在这个概念设计的探索中预估可为脊柱的屈曲到伸展活动节省约占三分之一的力,模拟仿真的数据可作为穿戴者调整助力产品尺寸的基础依据。Y型的仿生脊柱模块组合对脊柱的运动具有可靠的控制作用,动力转换符合设计要求,为可穿戴助力产品的进一步设计提供参考。

为实现最直观的人机交互方式,与仿人机器人的动作模仿,建立了仿人机器人系统。利用Kinect体感摄像机的骨骼追踪技术,采集示教者的重要关节骨骼点三维空间坐标,对采集到的数据进行霍尔特指数平滑滤波处理。基于骨骼数据建立机器人手臂重要关节的数学模型,将骨骼数据转换成相应伺服电机控制信息。并发送到仿人机器人主控制器驱动各关节伺服电机转动,实现动作模仿。实验结果表明,所述建模方法适用于仿人机器人手臂动作模仿系统,能够实现实时动作模仿,且运动平滑无抖动,动作模仿效果较好。

构建了基于机器学习算法的人机交互辅助值班系统。通过布设于不同电网机房区域的数据采集器采集数据,经NB-IoT模块和数据服务器处理后传输至用户端,采用组合机器学习算法实现系统信息检测。设计了人机交互界面,为系统管理人员提供直观的信息。系统性能验证结果表明,该系统具有较高的电力调度报警信息检测准确率,误报率低,系统管理人员可利用系统人机交互界面有效地实现监控区域电力调度信息的管理。

为了改善机器人在人机交互过程中力矩柔顺性问题,对机器人关节中的串联弹性驱动器(Series Elastic Actuator,SEA)进行了改进,从而提高了SEA驱动器中弹性体受力与变形的线性特性。在力矩控制器的设计中,采用了基于数据驱动控制的无模型自适应控制算法(MFAC),并利用BP神经网络算法实现控制器参数的在线自整定。该数据驱动控制算法在不需要建立受控系统精确数学模型的情况下,即可实现串联弹性驱动器(SEA)的力矩控制。既简化了控制器设计的难度,避免了机器人关节建模的复杂性和未建模的动态误差,又提高了控制系统对负载扰动的鲁棒性。为了验证控制方法的有效性,对SEA驱动器进行仿真分析。仿真结果验证了所设计的控制方法对SEA力控具有良好的跟随性,能够实现机器人与人、环境之间的安全物理交互。

针对上肢主动康复训练中的运动意图识别条件复杂、肢体康复自由度受限等问题,开展基于Kinect的上肢主动康复训练运动意图识别技术研究。经过采用微软体感设备Kinect,获取人体上肢运动信号。建立人体上肢简化模型,模拟计算和预测上肢关节角度变换规律,设计并完成康复训练动作试验。采用卡尔曼滤波结合运动方程,进行数据分析。利用MATLAB得到上肢主动康复训练运动过程的数学模型。数据证明由Kinect获取的人机交互信息,可以实时有效的预测人体上肢运动意图,具有可行性。该技术可以快速有针对性地制定运动康复训练方案,也可为机电系统辅助的神经功能康复技术和神经科学研究提供资源。

充填开采液压支架是重要的支护设备,液压支架的自动化控制对于实现充填开采的自动化具有重要的影响。采用RS485总线的形式,以PLC为控制核心,并结合相应的传感器进行数据的采集,采用组态王软件进行人机界面的设计,实现充填开采中液压支架的自动化远程控制。

静气动弹性问题是航空飞行器结构设计必须考虑的力学问题。SABRE软件系统求解功能覆盖静、动、热和气弹分析等。介绍了SABRE软件静气弹分析的基本理论方法,然后结合工程分析流程、基于Qt和C++开发框架、采用人机交互模式设计实现了一种高效的可支持静气弹分析的三维图形用户界面和方法,包含静气弹几何参数、气动分区自动生成、求解响应和二维曲线后处理模板等。本软件可方便快速地完成机翼结构静气弹分析模型的构建和分析评估。经过工程实例测试验证,该软件固化了静气弹分析流程,提高了分析效率且性能可靠。

为了提高液压元件检测精度及智能化实训水平，开发了具有在线检测与控制功能的智能化液压多媒体实训平台。引入多模态检测理念，扩大实训平台对液压元件关键参数的检测范围；采用虚拟仪器在线完成多传感器信号实时采集工作，同步绘制液压系统及其元件静、动态工作特性曲线，并将所采数据通过动态链接存储到数据库中；最后提出并实现一种新颖的实训手段，即上位机人机交互系统控制的非破坏性故障设置。经过运行表明，此多媒体实训平台实用、可靠，达到要求的精度指标，即压力检测精度±0．1MPa，流量监测精度达到满量程±0．15％。