多自由度机械臂关节角度自动控制方法设计研究

为解决目前机械臂运动轨迹控制与精度补偿中的问题,提出了一种多自由度机械臂关节角度自动控制方案.在对多自由度机械臂的连杆和关节部位的运动过程进行动力学分析的基础上,结合梯度下降法和人工神经系统,提出了能够实现对机械手臂连接部分和控制部分自动控制的策略,建立了针对多自由度的机械臂关节的角度控制模型.实验证明,所提出的控制策略能够很好地控制机械臂关节角度,并且能够很好地跟踪机械臂运动轨迹,有效提高了机械臂抓取精度,抓取精度达到了96%.

人手抓取物体的三维数据集的建立及应用

真实人手抓取数据在人类抓取行为分析和机器人类人抓取等研究中起到至关重要的作用。抓取数据集中应包含复杂形状的三维物体信息、抓取点的信息以及手的姿态和形状,然而目前普遍方法是采集视频图像并从中估计人的抓取行为,导致不能准确记录手部各个关节的自由度信息。利用虚拟现实技术建立虚拟环境,利用数据手套直接捕捉在虚拟环境中三维物体和手部姿态信息作为抓取数据。提出的数据集包含生活中常见的49类物体中的91个不同形状的物体(每个有108个姿态)以及共52173人次的抓取记录,规模和丰富性都远远超过了已有的用于研究人类的抓取行为和研究以人为核心的抓取技术的数据集。此外,使用采集的数据集进行抓取显著性分析和类人抓取计算,实验结果验证了数据集的应用价值。

球形关节关键技术研究进展

球形关节是一种结构简单紧凑、响应快、精确度高的单一球转子多自由度电机,在航天航空、先进医疗设备、智能机器人等众多领域有着广阔的应用前景。针对球形关节的部分关键技术进行了分析总结,首先对当前一些主流球形关节的驱动原理和结构进行了分类整理,介绍了各类球形关节的驱动方法和技术特征;其次针对位姿检测研究主要技术路线进行了总结归纳。最后,基于上述讨论分析了球形关节研究的关键技术发展趋势,为后续球形关节研究提供了参考。

冗余漂浮空间机器人多任务轨迹规划

针对冗余漂浮空间机器人在单次行程中连续执行多项轨道任务的能耗最优轨迹规划问题,本文提出一种改进遗传算法,将同时优化3种类型基因引入,使得每条染色体包含3部分,即任务序列、与任务序列对应的关节构型序列和描述机器人关节轨迹的正弦多项式系数,对染色体的3部分进行独立编码,并在迭代寻优过程中对3个组成部分独立执行交叉和变异操作。仿真结果表明:与传统遗传算法相比,本文算法具有精度高、计算量少和CPU时间短的优点。

Kinematic Research on Hinged Synchronous Universal Joint Applied for Snake-like Manipulator

The structure and motion principle of a hinged synchronous universal joint (HSUJ) is introduced, also whose kinematics is theoretically analyzed. As a result, a few kinematic characters of the HSUJ are obtained,which establish the foundation of its application for snake-like manipulator. Making use of the HSUJ ss actuating mechauism, the developed snake-like manipulator has the merits of small curve radius, fewer actuator, and small volume etc.

基于自收敛同伦延拓法搜索七自由度机械臂零空间解集

针对七自由度机械臂零空间解集的无穷性,传统数值迭代只能求取单一解,解析法通用性较低,微分映射法精度较低的问题,本文在传统同伦延拓法的基础上采用同伦延拓参数自收敛的方式并加入关节限幅环节以优化延拓空间,并在此基础上,采用余弦函数作为同伦延拓辅助函数为方程组加入扰动。首先,根据改进DH参数法得到正运动学变换矩阵;其次,对自收敛同伦延拓法和传统同伦延拓法的求解时效、求解范围、对求解精度的适应性以及迭代限幅对求解的影响进行对比实验;最后,使用球形包围盒法结合加权取解的方式使得机械臂利用搜索到的零空间解集进行避障运动。经实验证明自收敛法的求解时效要优于传统法,加入关节限幅过程后,两种方法的时效性均有提升。

多自由度关节型机器人的结构设计

为了提高多自由度机器人设计的灵活性和制作的便利性,基于模块化设计方法设计了一款关节型机器人。机器人具有六个自由度,其关节采用了三通式结构设计,内部使用谐波减速器加直流电动机作为传动方式。机器人关节包括关节模块A、关节模块B、关节模块C三种类型,可实现三种不同的功率输出。大臂、小臂结构通过螺栓与相邻的关节相连接,机器人的伸展臂长可以通过使用不同长度的大臂与小臂连杆来调节。模块化的设计方式可以利于机器人自由度的扩展以及快速部署,同时简化了机器人的维护难度。

水下蛇形机器人关节旋转机构建模与运动分析

为满足水下蛇形机器人在管道检测、资源勘测的运动灵活性的需求,研发出一种两自由度关节旋转机构。介绍水下蛇形机器人整体设计和两自由度关节旋转机构结构。对关节旋转机构进行简化,建立齿轮传动系统数学模型,分析关节旋转机构的运动表现。建立关节旋转机构三维结构模型,并将简化三维模型导入Adams仿真软件,进行运动仿真,验证在不同角速度下关节旋转机构的运动情况。进行关节旋转机构实物实验,验证其运动实际可行性。实验结果对实现蛇形机器人水下蜿蜒运动具有重要指导意义。

核电站蒸汽发生器智能维修机器人设计与研究

蒸汽发生器和稳压器是核电站安全运行的关键设备,国外发生过多起因其缺陷而引发的安全事故。针对常见蒸汽发生器人孔咬死的异常缺陷问题,设计了一种核电站蒸汽发生器人孔咬死螺栓处理的智能维修机器人设备,包括行走单元、姿态调节单元、角度调节单元、镗铣单元、控制系统和视觉单元,并提出一种基于法兰盘螺栓孔图像特征的视觉伺服引导方案。为了实现对核电站用蒸汽发生器人孔咬死螺栓的自动化处理,设计了多自由度调节系统结构,并进行运动学建模,通过极限状态设备稳定分析验证了设备稳定性。为有效定位并贴合咬死螺栓目标,设计了智能定位系统,完成了设备自动调整。现场实验表明:采用该多自由度调节机械结构设计,移动平台重复定位精度可达±1 mm,末端法兰贴合精度可达±1 mm内,设备末端贴合效率为人工效率的3~4倍。

基于梯度函数的多自由度机械臂关节角度自动控制

在多自由度机械臂运动过程中,易受到多连杆之间耦合作用的影响,导致多自由度机械臂关节角度控制效果和运动轨迹跟踪效果较差。为此,提出了基于梯度函数的多自由度机械臂关节角度自动控制方法。通过分析连杆运动和关节运动,建立多自由度机械臂动力学模型,获取影响多自由度机械臂关节角度的重要因素。在此基础上,基于梯度函数,结合神经网络算法,获取连杆和关节的控制策略,构建关节角度控制模型,实现多自由度机械臂关节角度自动控制。实验结果表明,所提方法能够有效实现多自由度机械臂关节角度自动控制,且具有较好的关节角度控制效果和运动轨迹跟踪效果。

一种新型隧道衬砌智能切边台车

在隧道二衬环形施工缝的后期处理过程中,通常采用人工修凿和打磨作业的方式,存在劳动强度高、施工效率低、自动化程度低等问题。本文结合隧道衬砌施工工艺,基于信息化、智能化的设计理念,研发了一种新型隧道衬砌智能切边台车。台车整体采用可拆卸式组合结构,具备隧道环向施工缝扫描和曲线拟合、多自由度液压机械臂运动轨迹自动规划、自动切边、系统状态实时监控等功能。实验表明,该系统可实现铁路隧道环向施工缝切边作业的自动化和智能化,提高了施工效率,降低了工人劳动强度。

螺栓松动损伤的亚谐波共振识别方法

螺栓松动将导致结构完整性的破坏,螺栓连接状态的实时有效监测和评估具有重大意义。提出了一种基于亚谐波共振分析的螺栓松动识别方法。针对螺栓连接结构简化的单自由度非线性模型,采用多尺度方法分析了亚谐波共振现象,定性模拟了螺栓松动损伤亚谐波激励条件。以铝梁螺栓搭接结构为实验对象,利用粘贴在铝梁表面的压电作动/传感单元,采用不同频率的激励信号作用在作动片上,传感片接收响应信号,对其进行频谱分析,通过提取响应频谱中的亚谐波成分进行螺栓松动损伤识别。仿真与实验结果表明,亚谐波产生所需激励频率在两倍固有频率附近,使用亚谐波检测方法能有效识别螺栓松动。

土地股份合作制中农民土地财产的剩余权与退出权研究

研究目的:建立农民土地权利的财产与自由概念框架,可以为理解地权转股权的过程及其内含合作组织替代农户的农村土地股份合作制创新提供新政治经济学逻辑基础。研究方法:制度分析法。研究结果:农民的剩余权以及退出自由的大小,取决于他与国家、集体的谈判能力以及他们之间达成契约及其经济后果。研究结论:土地股份合作社的发展必须获得农民的系统支持,既为他们提供保底分红的剩余权保障又提供具有安全阀门功能的退出自由,土地股份合作社才能成为有效率的经济组织。今后土地股份合作的健康发展,取决于剩余权与退出权保障机制的政策供给。

多自由度球形关节电动机的发展现状及研究方向

介绍传统多自由度关节的驱动组成及特点,提出以球形电动机直接驱动多自由度球形关节;分析直接驱动式球形关节的结构原理、性能特点、应用范围及意义。介绍球形电动机在国内外的发展和现状,提出球形关节电动机的研究方向。

全移动副平面机构的运动研究

运用空间机构的自由度计算公式,导出全移动副平面机构的自由度计算公式;通过三杆三移动副、四杆四移动副、五杆五移动副的平面机构分析与计算,说明全移动副平面机构的自由度计算公式的正确性,并指出该公式的使用条件;针对四杆平面全移动副缓冲器的实际应用,分析该缓冲器的自由度计算、效率、正常工作条件等问题。

一种新型三自由度液压伺服关节的动力学模型

建立了一种新型三自由度液压伺服关节的动力学空间模型 ,提出了一种自适应控制补偿方法 ,该方法能够消除死区造成的位置跟踪误差 .利用Matlab对该动力学模型进行了仿真试验研究 ,仿真试验结果表明 ,死区对位置跟踪误差有直接影响 ,该关节的动力学系统是稳定的 ,采用自适应控制补偿方法 ,可以使位置跟踪精度误差小于 0 1 %,且系统输出无超调 .同时 ,系统对负载变化不敏感 。

时空非均匀采样下双基地MIMO雷达收发角及多普勒频率联合估计方法

该文针对发射阵列、接收阵列以及多级延迟器均为非均匀配置的双基地MIMO雷达,提出基于时域和空域二次自由度扩展的发射角、接收角以及多普勒频率估计的ESPRIT(Estimating Signal Via Rotational Invariance Techniques)新方法。该方法利用双基地MIMO雷达特殊的方向矢量特点(矩阵的Khatri-Rao积形式),对接收信号进行两次行置换以及去冗余处理,实现了时域和空域孔径自由度的二次扩展。然后对新数据进行时空"滑窗"处理,利用ESPRIT算法分别估计出目标的收发角以及多普勒频率。理论和仿真结果表明:在相同阵元和延迟级数情况下,所提算法的估计性能优于四线性分解和多维ESPRIT算法,且能估计出更多的目标,此外,通过最小冗余配置,极大地降低了阵列和延迟器的配置需求,更利于实际工程应用。

微操作手自由度的选择

分析了显微操作的动作方式 ,讨论了微操作手的运动特点 ,按照位置和姿态的耦合及解耦两种情况 ,研究了微操作手自由度确定的理论依据。

基于牛顿—拉夫逊迭代法的6自由度机器人逆解算法

为解决一般6自由度旋转关节机器人逆运动学问题,提出了一种用牛顿—拉夫逊迭代法逐次逼近目标位姿的逆解算法。根据正运动学方程建立雅克比矩阵,采用基于豪斯霍尔德的SVD分解求其伪逆来避免雅克比矩阵的奇异性问题,通过建立迭代规则并逐次迭代找到最优的逆运动学单解,实际应用时无需再建立多解取优策略。本算法具有较好的局部快速收敛性,能够达到较好的精度和速度,并在基于ARM9的嵌入式系统上实现了此算法。相应的测试表明:算法实时性能够满足系统要求,可应用于机器人实时控制系统。

带柔性铰链的Stewart平台特征值的求解

Stewart六自由度平台在许多方面均有重要的应用 ,它的连接部件一般为球铰或万向铰 ,不可避免会产生间隙 ,这在微小位移的应用中是不允许的。因此 ,本文采用了无间隙的柔性铰链作为Stewart六自由度平台的连接部件 ,并推导了带柔性铰链的弹性支杆构成的Stewart平台的动力学方程并编程序求解了特征值问题 ,经ANSYS软件和实验验证 ,计算结果正确 ,表明理论能描述此平台的特性。