縱深 | 基于人體肌肉激活疲勞模型的人機(jī)協(xié)作裝配序列重規(guī)劃研究

摘要

在人機(jī)協(xié)作裝配過程中，長時(shí)間的重復(fù)性工作會(huì)導(dǎo)致人體出現(xiàn)肌肉疲勞，從而引起裝配序列完成時(shí)間的波動(dòng)，降低整體裝配效率。因此，提升機(jī)器人對人當(dāng)前疲勞狀態(tài)的感知能力，實(shí)時(shí)評估裝配任務(wù)中人的肌肉疲勞度，并對裝配序列進(jìn)行優(yōu)化，對于提高裝配效率和減輕人的工作負(fù)擔(dān)具有重要意義。為此，基于人體肌肉激活疲勞模型，研究人機(jī)協(xié)作裝配序列的重規(guī)劃方法：首先，采集人在裝配過程中的動(dòng)作圖像，并利用Open Pose提取動(dòng)作數(shù)據(jù)，據(jù)此構(gòu)建人的個(gè)性化骨骼肌模型；然后，使用OpenSim軟件計(jì)算裝配動(dòng)作中的肌肉力變化，結(jié)合人體肌肉激活疲勞模型計(jì)算最受累肌肉執(zhí)行裝配動(dòng)作時(shí)的疲勞指數(shù)，并利用實(shí)時(shí)獲取的關(guān)節(jié)角變化數(shù)據(jù)，訓(xùn)練LSTM深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以快速通過實(shí)時(shí)關(guān)節(jié)角變化判斷人的動(dòng)作類別，從而可基于判斷的動(dòng)作類別實(shí)時(shí)得到人的動(dòng)作疲勞指數(shù)；接下來，利用多目標(biāo)遺傳算法對總裝配時(shí)間和總?cè)梭w疲勞兩個(gè)目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，并根據(jù)人體實(shí)時(shí)關(guān)節(jié)角得到人的動(dòng)作類別以及對應(yīng)動(dòng)作的疲勞指數(shù)，當(dāng)人體受累肌肉的疲勞積累時(shí)，基于實(shí)時(shí)監(jiān)測的人的疲勞與動(dòng)作耗時(shí)重新規(guī)劃下一輪的裝配序列，從而提高整體裝配效率并減少人體疲勞。以人機(jī)協(xié)作裝配齒輪減速箱為試驗(yàn)場景，開展了實(shí)時(shí)疲勞檢測與裝配序列重規(guī)劃的試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，所提出的方法能夠識別人的肌肉疲勞，并有效重規(guī)劃出能夠減輕疲勞的裝配序列，提升了人機(jī)協(xié)作裝配效率并減輕了人體裝配過程中的肌肉疲勞。

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責(zé)任編輯：趙子祎

責(zé)任校對：惲海艷

審　　核：張　彤

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