一种利用位置误差模型的机器人位姿标定方法

针对机器人位姿标定模型中位置和姿态数据的权重不合理导致参数识别精度低甚至发散问题,给出一种直接基于末端位置坐标测量的机器人位姿标定方法,避免了位置和姿态数据量级不同对参数识别精度的影响。采用指数积方法,建立一种包含3点位置信息的机器人运动学模型。通过对运动学模型取微分,利用指数映射微分公式推导出机器人末端3点位置误差与几何参数误差之间映射关系的显示表达并给出参数误差识别方法。采用激光跟踪仪作为测量设备,以UR5机器人为标定对象进行运动学参数标定和验证试验。试验结果表明,机器人末端位置误差模和姿态误差模的平均值分别降低了90%和92%。

一种用于乘用车车底图像采集的自主勘察机器人

为满足事故现场乘用车辆底盘勘察需求,研制一种乘用车车底图像采集的自主勘察机器人。通过设计一种半潜式两自由度云台实现车底图像信息的采集,基于机器人运动坐标和红外传感器阵列遮挡面积信息估算机器人与底盘的相对位置;根据红外传感器间的位置信息,采用基于传感器触发时序的机器人相对车辆姿态的3步式校准方法,解决惯性导航模块在铁制车体下的漂移问题;利用多传感器组合信息实现机器人对环境障碍信息的复合感知,借鉴模糊控制思想实现机器人的自主避障运行。在柏油和混凝土路面对研制的机器人开展自主运行模式测试,结果表明:研制的机器人能够自动实现乘用车辆底盘的勘察遍历,采集的高清底盘图像信息可满足交警部门事故勘测取证要求。

矩形通风管道清洁机器人机构设计与优化

针对矩形通风管道的清洁需求,设计一种矩形通风管道清洁机器人,其主要由驱动机构、变距机构与清灰机构三部分组成。根据机器人在竖直管道中的工作条件,构建静力学平衡方程,确定管壁施加在机器人轮子上的最小压力;对变距机构进行力学分析,建立变距机构相关数学模型,确定电机扭矩与轮子所受压力之间的关系;通过ADAMS对变距机构进行参数化建模,将各连杆杆长作为设计变量,考虑几何约束条件,将滑块与地面间移动副所受合力最小为目标函数,使用ADAMS内置算法OPTDES-GRG对变距机构进行优化分析。结果表明:优化后的连杆长度使机器人可用于高度在220~293 mm之间的管道,驱动力矩较优化前减少了45.2%。

单套索人工肌肉的力学特性建模及试验分析

套索传动机构因具有传动路径灵活、柔顺性强等特点而被广泛应用于机器人传动系统,尤其是在机器人的仿生设计中经常将套索传动与人工肌肉相结合实现远距离柔顺驱动。然而套索传动系统中存在明显的非线性因素,这对套索人工肌肉整体传递特性有较大影响。为探究套索人工肌肉传递特性的影响因素,基于Cloulomb摩擦模型及Lugre摩擦模型理论分别建立了传动系统的静态模型和动态模型,并搭建了试验台探究与验证其力/位移的传递特性,试验结果与仿真结果基本一致。试验结果表明,全曲率和摩擦力是影响套索传动效率的主要因素,并联弹性元刚度过大和串联弹性元刚度过小均会降低套索人工肌肉的效率。本文的研究为基于Hill模型的套索人工肌肉的应用提供了理论指导。

基于机器视觉的细长产品表面缺陷检测设备研究

为提高对细长产品表面缺陷的检测效率,运用机器视觉技术对细长产品外部轮廓尺寸及表面缺陷状况进行检测。运用机器视觉技术,分析图像传输过程中噪声产生原因及降噪方法;采用canny算法和Simple Blob Dectorte特征点检测方法,提取零件轮廓和色斑轮廓;编写基于机器视觉的表面缺陷检测程序,并通过实验验证了该方法的可行性。采用系统法对表面缺陷检测设备进行整体分析,设计出与检测程序相配套的机械设备。

基于NSGA-Ⅱ算法的直流无刷电机控制方法

直流无刷电机是一种非线性、涉及多种变量以及强耦合的复杂系统,传统的基于线性控制的PI、PID控制器无法满足精确控制的要求.为提高控制性能,提出一种基于NSGA-Ⅱ优化PID参数控制直流无刷电机速度环的方法.NSGA-Ⅱ算法将速度超调量和ITAE法则相结合构造第一目标适应度函数;将速度调节时间和ITAE法则相结合,构造第二目标适应度函数.利用快速非支配排序和拥挤距离排序使种群个体收敛到最终的Pareto前沿,得到最优的PID参数.根据无刷直流电机的数学模型和运行特性搭建控制仿真模型,检验算法的控制效果,并与传统PI、PID算法的控制效果进行对比.结果表明:基于NSGA-Ⅱ算法优化PID参数的直流无刷电机控制具有较好的鲁棒性,响应速度快,几乎无超调量.

复合槽孔织构化端面机械密封性能的研究

针对机械密封端面单一螺旋槽和单一椭圆微孔织构,提出一种新型的结合螺旋槽、椭圆微孔的复合槽孔织构类型,在建立复合槽孔织构化机械密封端面理论模型的基础上,通过数值求解的方法对比考察单一螺旋槽、椭圆微孔织构化和复合槽孔织构化端面机械密封性能间的差异,分析3种织构化端面的流场特性。计算同一工况条件下3种织构化端面的承载力F、泄漏量Q及膜刚度K,分别考察织构深度hp、密封间隙h0、织构面积率Sp、动环旋转速度n及压力比pi/po对3种织构化端面机械密封性能的影响。结果表明:螺旋槽织构能显著提高机械密封端面的承载力和膜刚度,而椭圆微孔织构对降低泄漏量有较大贡献;在较小的织构深度和密封间隙下,复合槽孔织构可获得相对较小的泄漏量和良好的承载力及膜刚度。

T型槽织构化机床滑动导轨的摩擦学特性

在机床导轨表面配置T型槽织构,采用GAMBIT软件对T型槽内流体进行网格划分,采用FLUENT软件对T型槽端面流场进行流体仿真分析,考察T型槽织构长度系数比α、宽度系数比β、偏转角度θ、织构厚度hp及进口速度u对T型槽摩擦配副间无量纲承载力、摩擦系数和承摩比的影响。结果表明:T型槽织构化端面无量纲承载力、摩擦系数具相同的变化规律;当α=0.3~0.4,β=0.5,θ=90°,hp=6μm,u=1 m/s时,T型槽获得最优承摩比;在机床滑动导轨表面设置T型槽织构能够有效改善导轨表面的摩擦学性能。

基于精确有限元模型的叉车外门架轻量化设计

为实现某型号叉车外门架的轻量化设计,以改善能耗。运用电测法完成工程实测,以此为基础获得精确且参数化的有限元模型;对模型进行敏感性分析,降低优化模型维度;在Ansys Workbench中,在满足强度前提下,以总质量为优化目标,用响应面法完成优化求解。结果显示,外门架总质量下降13.6%,工程实际表明优化结果有效。

聚合物薄膜的大气压微等离子体射流无掩膜刻蚀工艺

为优化束斑直径在微米级的大气压微等离子体射流刻蚀工艺,自制搭建一种结构简单、操作方便的大气压微等离子体射流装置,以典型聚合物parylene-C薄膜为对象,研究大气压微等离子体射流处理parylene-C薄膜的刻蚀工艺,分析O2流量、工作电压、工作间距和刻蚀时间等工艺参数对刻蚀线宽和刻蚀深度的影响。结果表明:增大O_(2)流量、工作电压、工作间距及刻蚀时间均能增大刻蚀线宽和刻蚀深度;持续增大上述工艺参数,刻蚀线宽和刻蚀深度增加不明显,甚至减小;工作电压和工作间距对parylene-C薄膜刻蚀效果的影响较大,在刻蚀过程中起关键作用,通过调整这两个参数可实现聚合物刻蚀过程的可控调节。

受饱和约束的车辆转向非线性鲁棒模糊分布控制

针对极限状态下车辆转向非线性和执行器饱和问题,研究主动前轮转向(active front steering, AFS)和直接横摆力矩控制(direct yaw-moment control, DYC)对横摆-侧倾稳定的集成控制。采用Takagi-Sugeon(T-S)方法建立车辆3自由度横摆侧倾模型,结合模糊观测器实时获取模型动态参数。为准确反映车辆转向稳态过程,在T-S框架下建立改进横摆理想参考模型。考虑到极限转向对前轮侧偏特性的影响,构建T-S框架下主动前轮输入的动态饱和阈值。引入松弛因子提高AFS和DYC的执行器利用率,将反馈输入的饱和影响作为有界扰动进行控制。基于分布补偿结构设计状态反馈模糊分布控制器(parallel distributed compensation-TS,PDC-TS),采用范数有界的侧翻稳定阈作为侧倾性能约束,将车辆横摆-侧倾稳定性的H;性能转换为线性矩阵不等式(linear matrix inequalities, LMIs)凸优化问题。最后联合Trucksim-MATLAB/Labview软件进行控制仿真和硬件在环验证,结果表明,PDC-TS方法对强非线性转向过程的控制更加准确,执行器能力利用更充分,并在输入饱和约束下保持控制稳定性。

双闭链式步行腿机构的设计与分析

设计一种由平行四杆机构、曲柄滑块机构组成的两自由度双闭链式步行腿机构。采用复合摆线作为步行腿足端轨迹规划的目标曲线,基于几何解析法建立步行腿足端轨迹数学模型;以理论计算的足端轨迹和复合摆线轨迹距离最小为优化目标,建立步行腿杆件尺寸参数优化模型;采用遗传算法与fmincon函数内点法联合求解得到步行腿杆长的最佳尺寸,在ADAMS软件中对步行腿单腿足端轨迹进行仿真分析,且进行步行腿样机实验。结果表明:仿真曲线与优化曲线一致,位移、速度、加速度曲线连续;步行腿能够实现322 mm的跨步长度以及106 mm的越障高度,其与仿真结果之间的误差分别为7%与6%,验证了步行腿结构设计与足端轨迹规划的可行性。

含边界层的机械臂分数阶滑模控制

针对含扰动的机械臂系统,在经典滑模控制基础上引入分数阶微积分构造分数阶滑模面,同时在趋近律中设置边界层,用饱和函数替代符号函数以削弱滑模面的抖振现象,从而获得一种含边界层的机械臂分数阶滑模控制,并通过李雅普诺夫直接法证明其收敛性.算例以两自由度机械臂系统为被控对象,仿真结果表明,相比于经典的滑模控制,含边界层的机械臂分数阶滑模控制可通过调节微分阶次获得更好的收敛性,实现精确的轨迹跟踪.

基于深度学习的自动驾驶场景3D目标检测方法

针对传统PV-RCNN在点云上采样效率低下和采样精度存在偏差等问题,提出了一种基于PV-RCNN改进的3D目标检测方法。更改关键点采样策略,使得有限的关键点可以更加地聚集在proposal区域范围内,更多的编码有效前景点特征来用于后面的proposal refinement,有效产生更具有代表性的关键点。用局部特征聚合的VectorPool聚合模块取代体素集抽象和ROI网格池化模块中的集合抽象,更高效的针对稀疏和不规则点云数据进行编码。在KITTI数据集上对算法验证,结果表明:行人鸟瞰图检测,困难级别检测精度提升较为显著,达到了10.46%,整体帧率提升为33.74%,文中的方法拥有更好的检测性能。

冲裁间隙对弯链板冲孔断面质量及凸模磨损的影响

为了研究冲裁间隙对销合链弯链板冲孔断面质量及凸模磨损的影响,运用DEFORM软件建立了4组不同冲裁间隙的冲孔仿真模型,通过仿真得到了不同冲裁间隙下的凸模行程与冲裁力变化曲线。分析了断面质量和凸模最大磨损量随冲裁间隙的变化趋势,并制作了冲孔模具进行试验验证。仿真结果表明:随着冲裁间隙的增大,断面光亮带长度和凸模磨损深度会随之减小。根据不同冲裁间隙下的冲裁力曲线,绘制冲裁功曲线,确定最佳冲裁间隙值为0.2 mm。此时,冲孔断面光亮带长度的仿真值为2.11204 mm,凸模的使用寿命预测为62000件。进行了冲孔试验,试验发现,当冲裁间隙为0.2 mm时,冲裁件的冲孔断面光亮带长度的实测值为2.19 mm,与仿真值的相对误差仅为3.7%,验证了仿真结果的准确性,为冲孔模具研发提供了有效指导。

基于改进FAST和BRIEF的双目视觉测量方法

针对传统features from accelerated segment test(FAST)算法检测到的角点存在聚簇现象和阈值依靠人为确定,图像匹配算法匹配准确率较低和双目视觉测量精度较低等问题,提出一种基于改进FAST和binary robust independent elementary features(BRIEF)的双目视觉测量方法。首先用FAST算法提取出特征点,简化检测模板,同时用自适应阈值提取特征点;然后用改进的BRIEF描述特征点,用像素点邻域的灰度平均值进行比较形成描述子;之后用汉明距离完成匹配;最后用灰度梯度法得到匹配点的亚像素坐标,根据视差和三角测量原理计算出匹配点的三维空间坐标,从而完成被测物体的尺寸测量。实验结果表明:在角点检测方面,改进的FAST检测到的角点更均匀;在图像配准方面,通过与其他算法进行对比,验证了所提方法能有效地提高匹配准确率;在测量方面,所提方法测量的最低相对误差为0.45%,满足测量要求。