水下外肢体的可穿戴人机交互技术
本项目涵盖设计并制作一套具有多模态信号获取能力的可穿戴人机交互设备、开发一套融合多种模态的意图识别算法、 在水下等多种环境下进行数据采集与系统测试三个方面。通过集成多种传感器，融合头部运动、喉部振动、生命体征与环境信息四个模态的信号，实现特殊环境下的意图识别。最终，在水下等环境中进行实际测试，验证该系统的功能实现与应用潜力。
毕设背景与意义
人机交互作为一个完善的研究领域有着许多成体系的研究成果，但目前的研究大多集中于结构化的陆地环境，针对非结构化的复杂环境，当前的人机交互技术仍然面临着许多挑战。 研究表明，通过多模态融合的方式能有效提升感知技术的鲁棒性和泛化能力，能够在干扰较大的环境下实现较好的感知效果,相较于单模态方法具有明显优势，适用于干扰较大的复杂环境。本项目针对复杂环境，通过融合多种模态信号，开发一套可穿戴人机交互系统。
毕设主要研究内容
本项目的主要任务分为三个方面，包括设计并制作一套具有多模态信号获取能力的可穿戴人机交互设备、开发一套融合多种模态的意图识别算法、 在水下等多种环境下进行数据采集与系统测试。可穿戴人机交互设备至少包括两种类型的传感器，包括IMU与喉部振动传感器。同时，出于便于穿戴的考虑，多种传感器与电源等设备需较好的集成在有限空间内。通过在多种环境中的测试，完善系统功能实现，展现系统在多种环境中不同场景下的应用潜力。
毕设项目的可行性
在课题组前期的研究中，一种融合头部动作与喉部振动信号的人机交互机制被提出。通过一套简单的可穿戴样机，在实验室环境中该人机交互机制的可行性已经得到验证。在此过程中，多模态融合意图识别算法开发与可穿戴样机搭建的经验得到积累。同时，在复杂环境尤其是水下环境中，课题组已开展多次实验，具有开展水下实验的能力。
项目大致内容配比
本项目预计可穿戴样机的设计与制作工作量占35%，多模态融合意图识别算法开发工作量占30%，数据采集与实际测试工作量占35%。
项目时间规划如下：
- 1、12月15日前
- 文献综述；硬件采购与调试；意图识别算法开发
- 2、1月15日前
- 可穿戴设备设计；系统集成；设计人机交互实验
- 3、4月15日前
- 可穿戴系统制造；系统整体陆上测试；可穿戴系统防水测试
- 4、5月15日前
- 系统整体水下测试；结果总结与系统回顾；最终报告的撰写与修改
面向布料操控的轮式过约束肢体仿生设计与学习
面向布料操控的轮式过约束肢体仿生设计与学习｜简介：本项目提出一款新型轮式过约束肢体设计，并在仿真环境下对其进行建模及算法控制。项目包括该机器人的仿生设计、机器人建模及仿真环境的搭建、仿真环境中机器人的MPC及强化学习两种算法控制及算法优化三个方面。通过对该机器人的研究，可以解决缝纫过程中布料控制难题，同时也是弱重力环境下一种机器人构型设计、控制算法的新提出。
毕设背景与意义
通过对人手在缝纫过程中对布料操控的仿生设计，本项目旨于提出一新型轮式过约束肢体设计，搭载于机械臂末端，实现对布料运动的操控。课题组在此前已实现几款非轮式过约束机器人的构型设计、建模仿真与样机搭建控制。本项目核心在于通过对人手的仿生设计提出一新型轮式过约束肢体设计、对其进行建模并使用MPC、强化学习算法控制。该款机器人可以解决缝纫过程中布料控制难题，同时也是弱重力环境下一种机器人构型设计、控制算法的新提出。
毕设主要研究内容
本项目主要任务可分为三个方面，包括该轮式过约束机器人结构的仿生设计、机器人建模及仿真环境的搭建、仿真环境中机器人的MPC及强化学习两种算法控制及算法优化。本机器人由机械臂及机械臂末端构成，末端机构形似机器狗，具有四过约束肢体并在每个过约束肢体末端搭载独立驱动的全向轮。项目计划使用Solidworks进行建模设计并使用Issac环境进行仿真。在算法方面侧重于在强重力补偿条件下MPC算法及强化学习算法在该机器人上应用及优化。
毕设项目的可行性
对于本项目，课题组在过约束腿部机构设计方面有着相当可观的研究成果，已发表多篇文章，如2022年3月发表的《Overconstrained Coaxial Design of Robotic Legs with Omni-directional Locomotion》、2021年6月发表的《An Overconstrained Robotic Leg with Coaxial Quasi-direct Drives for Omni-directional Ground Mobility》。除了理论研究和仿真模拟，课题组也搭建了几台过约束机器人实际样机进行调试控制。对于轮足混合设计，本人先前在课题组工作中也得到了对轮足机器人的构型设计及电气控制的经验积累。综上所述，该毕设方案具有相当可观的可行性。
项目大致内容配比
结构设计及优化30%；机器人建模及仿真环境30%；MPC及强化学习算法的应用及优化40%。
项目时间表：
- 12 月 15 日前：
- 文献综述；机械结构设计；
- 1 月 15 日前：
- 模型构建及仿真环境搭建；
- 4 月 15 日前：
- MPC及强化学习算法的应用及优化；
- 5 月 15 日前：
- 实验数据分析与总结；结果总结与系统回顾；最终报告的编制和修订。
高灵巧操作、仿龙虾结构过约束环境机器人
设计和制造一个两栖的仿龙虾四足机器人，并对其陆地与水下行走的功能进行实验。项目包括机器人结构的设计及优化、机器人控制体系的构建、机器人陆地及水下功能的测试三个方面内容。结构设计及优化包括机器人机身以及腿部的模块化结构设计及优化和机器人硬件的防水化；控制体系的搭建包括基础的Python语言编写机器人步态算法以及优化、手柄遥控机器人运动；陆地及水下功能的测试包括整机防水性能的验证以及陆地与水下行走实验的设计以及数据的分析与处理。
毕设背景与意义
高灵巧操作、仿龙虾结构过约束环境机器人是一款仿生过约束的四足机器人，它可以在水下和陆地两种不同环境下实现行走功能。课题组在此项目前已经开发出了几款陆地版的该类型仿龙虾机器人，使该项目有相当多的参考，并且该款机器人也已经完成了初步的调研、电机选型和硬件的初步搭建。该项目的核心内容是让这款四足机器人能同时实现陆地和水中的运动。通过研究这项技术的应用，该款机器人可以搭载雷达、相机等传感器来协助进行水下环境研究，可以有效解决实验室当前机器人不能水下作业的问题。此外，该款机器人还可解决当前水下环境勘探危险性大，复杂度高的问题和目前需要设计不同机器人来适应各种工作环境的问题，节约经济成本，提高机器人工作效率。
毕设主要研究内容
该项目设计三个方面的开发：机器人结构的设计及优化、机器人控制体系的构建、机器人陆地及水下功能的测试。结构设计及优化包括机器人机身以及腿部的模块化结构设计及优化和机器人硬件的防水化；控制体系的搭建包括基础的Python语言编写机器人步态算法以及优化、手柄遥控机器人运动；陆地及水下功能的测试包括整机防水性能的验证以及陆地与水下行走实验的设计以及数据的分析与处理。
毕设项目的可行性
对于该项目，课题组内有数量相当可观的研究成果。第一，对于该款机器人的腿部结构，课题组已经发表了一些论文：2022年3月发表的《Overconstrained Coaxial Design of Robotic Legs with Omni-directional Locomotion》从贝内特连杆出发，介绍了课题组内使用的过约束连杆机器人腿部的理论以及优化；2021年6月发表的《An Overconstrained Robotic Leg with Coaxial Quasi-direct Drives for Omni-directional Ground Mobility》一文则详细介绍了贝内特连杆作为机器人腿部使用时的设计、建模与优化，以及可重构设计。第二，经过之前多款与该项目相似的陆地版四足机器人的迭代，组内该机器人结构与运动算法设计已经相当成熟，可以提供相当可靠的参考与指导。第三，我过去一年在课题组的工作可以作为我进行毕设的基础：我通过前期阅读论文和撰写文档等，对机器人的机械结构以及腿部模型有一定的了解；我在2022年暑期参与了该款机器人电机的电流环检测实验，学习了电机控制的一些方法。第四，Dynamixel电机官网有该型号电机的教程（包括硬件连接和代码例程），实验室内配备了足够大小的水缸进行测试。综上所述，该毕设方案具有相当可观的可行性。
项目大致内容配比：
结构设计及优化30%；控制体系构建30%；陆地及水下功能测试40%。
项目时间表：
- 12 月 15 日前：
- 文献综述；机器人实体模型搭建；完善机器人硬件；
- 1 月 15 日前：
- 防水配件安装及整机防水性能验证；步态控制代码迁移及优化；
- 4 月 15 日前：
- 手柄控制算法设计及测试；陆地与水下行走功能实验；
- 5 月 15 日前：
- 实验数据分析与总结；结果总结与系统回顾；最终报告的编制和修订.