基于骨骼服的虚拟人体建模与仿真

下肢外骨骼是一种人机结合的可穿戴的智能装置,用来提高单兵行走时的负荷能力。通过结合人的智能和机械的力量,使人与机械的优势得到互补,不仅可以避免用机械模拟人的智能带来的困难,还能够拓展穿戴者的负荷能力。文章首先基于人体行走的生物学特征利用零力矩点（ZMP）稳定性理论,分析了人体的动态稳定性的特点;然后,在ADAMS中建立了虚拟人体模型,对人体行走模型进行了仿真,通过对比仿真结果,验证了模型ZMP处于稳定状态,并且说明了在ADAMS人体建模与仿真的可行性。     

人机闭环特性试飞研究

人机闭环特性是飞机飞行品质验证的一个重要组成部分.以某型飞机为例,在试飞中采用俯仰倍脉冲、俯仰阶跃和驾驶员纵向扫频验证了GJB8785C中的Gibson准则和驾驶员在回路中的准则,用粗略截获、精确跟踪、双机编队等飞行方法,通过驾驶员评述和HQR评分系统,对现代军用飞机的人机闭环特性进行了验证和分析.     

基于认知特性的目标辨认研究

为了优化飞机人机界面的设计,结合人的认知特性对目标(文字或标识)的形状、大小、辨认反应时间等进行设定,并通过二维目标的识别实验进行分析与验证.实验结果表明对目标大小和反应时间的定量处理比较合理,目标形状对目标辨认的影响与以往的研究结果相近,在偏离中心视10°范围内,目标出现的位置和颜色对目标辨认的影响不明显.      

多无人机监控系统人机交互界面研究

首先从人机权限方面考虑,提出基于三级自主等级以上的无人机系统,分析典型无人机作战任务下各操作项自动化程度、复杂性等信息,得出多机监控能力下操作员角色需向指挥员转变。然后以四机监控为例,通过设计人机智能认知信息架构,建立操作员意图识别模型,采用空域页面布局切换和时域页面智能推显等形 式进行人机交互界面设计,实现单操作员对多架无人机的监控。最后在飞行模拟器环境下进行了多机监控仿真测试,测试结果证明本文设计的人机交互界面合理可行。     

民用飞机信息重构技术性能分析

大尺寸显示器已经广泛应用于新一代民用飞机的驾驶舱内。虽然通过提高信息集成度能够提升飞行员的用户体验，但是，正因为其要求的系统集成度高，在发生局部失效时，容易导致集成显示信息的共模失效，加之信息布局对管理操作任务的性能有着重要影响，如果诱发工作负荷的增加，在特定场景下甚至会迫使飞行机组丧失必要的任务情景意识。信息重构技术是应对此类问题的重要手段。在民用飞机机组资源管理理念的指导下，根据飞行机组的职责分配和人机工程学要求，论述了在主仪表板布置4块15 inch正屏显示器的布局是一种具有比较优势的布局方案。从关键飞行场景下飞行机组的操作任务需求入手，基于正常操作流向保持、压缩格式、重构操作、以及职责分配一致性这4个评价信息重构性能的要素，通过对比分析，证明了所提的显示管理策略相较于某现役先进机型具有更优的信息重构性能。     

面向月面复杂环境的自主导航及跨平台仿真系统的研究

目前,月面复杂场景下的无人车自主导航仍面临巨大挑战,研究面向月面非结构化环境的自主导航方法具有重要意义。。本文提出了一种基于地形约束的非结构化环境下的自主导航方法,采用一种基于八叉树地图的高效路径搜索和轨迹优化算法来生成轨迹,该算法可以有效地避开环境中的各种障碍物,到达指定的目的地。在Gazebo中进行了仿真实验,结果表明所提方法在无地图导航任务中取得了优异的性能。考虑到Gazebo在人机交互方面具有不足,进一步采用Windows中的Unity进行人机交互。在ROS与Windows交互方式上,设计了基于rosserial_serve的TCP连接,并采用Visual Studio解决方案生成Win32控制台应用程序,通过IO流读写本地文件的方式,完成目标点等信息的交互;同时结合PhysX物理引擎与人机交互的方式,提供了再现车辆在月面位姿、设置危险区域与规划路径点的功能,完成了基于Unity的寻路场景重现。     

能量辅助骨骼服NAEIES的开发

骨骼服是一种辅助人承受负载,有效增强人的负重能力,并帮助人们在各种地形条件下行走,结合了人的智能和机械动力装置的机械能量的一种人机结合的机器人。文章介绍了海军航空工程学院开发的能量辅助骨骼服(NAEIES)的系统组成及工作原理。NAEIES采用上肢控制下肢的原理,通过测量上肢的运动信息,控制下肢膝关节的运动,而下肢髋关节的运动则通过气弹簧来巧妙地实现,良好的实现了骨骼服在承载的同时,跟踪人的行走步态。     

基于导纳原理的下肢外骨骼摆动控制

针对下肢外骨骼摆动过程中对操作者运动意图的识别和跟踪问题,首先提出了一种基于导纳原理的控制算法.该方法借鉴了物体运动过程中力和速度所具有的导纳特性,通过合理设计导纳参数将操作者与下肢外骨骼之间的交互力转化为外骨骼的期望运动轨迹.然后利用传统控制方法驱动外骨骼准确跟踪期望运动轨迹,最终实现操作者和外骨骼的协调运动.构建了包含交互力信息的人机系统模型,并在此基础上进行了仿真验证试验.仿真结果表明:相比于未驱动的外骨骼,正常摆动频率下操作者与外骨骼之间的交互力降低了约85%,并成功实现了对操作者运动的准确跟踪,误差在±0.3°以内.      

引用预见信息的人机耦合优化方法

完全自动化的机械系统难于完成开放复杂的任务,这时需要利用人的定性和定量智能从而构成人机系统.在人机一体化概念的框架下,讨论了在操控信息耦合通道中引用预见信息的人机耦合优化方法,其意义在于探讨了人、被操控的机器以及外部环境信息(预知的跟随轨迹)的动力学关系,并提出了一种人机耦合优化的可操作的理论方法.该方法将有限长度的预见信息作为系统的固有状态加以增广利用.仿真分析表明预见步长对于操纵者延时具有直接的补偿作用,并且和操控指示的提前步数也有直观的对应关系.      

有人机/无人机协同任务控制系统

针对有人机/无人机协同任务控制系统的设计和实现问题展开研究。结合有人机/无人机协同控制过程的特点,提出了基于自然语言接口方式的有人机/无人机协同任务控制系统结构。在此基础上,分析了系统模块的关键内容,设计了面向有人机与无人机交互过程的任务指令格式,提出了基于优先级的任务模式调度策略,针对无人机的典型任务模式,讨论了航路规划的计算方法选择,最后构建了有人机/无人机协同任务仿真环境。仿真试验结果验证了整体方法的可行性。