螺旋驱动管内机器人自适应运动机理与机构设计

为了提高螺旋驱动式管内机器人在直管道和不同曲率半径弯管道中的环境适应能力,对自适应运动机理这一问题展开研究。考虑管道环境特点,在机器人运动学和力学建模的基础上,分别提出直行运动机理、转向运动机理和负载能力调节机理。调节螺旋轮倾角能够使螺旋驱动式管内机器人具有环境自适应性,并能够避免运动干涉和滚轮打滑的问题。基于自适应运动机理,提出一种基于自适应联动机构的螺旋驱动式管内机器人。自适应联动机构通过偏心臂反馈环境信息,并利用差动原理改变螺旋轮倾角。动力学仿真结果表明:该机器人能够机械自适应地通过直管和不同曲率半径的弯管,同时能够通过自适应联动机构调节负载能力。     

激光诱导击穿光谱在冶金在线分析中的应用研究进展

化学成分在线直接测量是冶金分析长久以来的追求,也被誉为冶金分析面临的三大难题之一。激光诱导击穿光谱技术因其在无需复杂样品制备、直接快速、非接触等方面展现的独有技术优势,备受研究上的关注。文章综述了激光诱导击穿光谱在选矿、熔融金属在线检测方面的研究进展,总结了当前存在的主要问题,并对未来发展进行了展望。     

SpiderFab空间机械臂系统耦合动力学计算与仿真

SpiderFab型空间机械臂是一种典型的漂浮基空间机械臂系统。为了定量的认识机械臂在运动过程中对基体的扰动影响,并以此为依据设计浮动基体的位姿控制系统,建立了系统的运动学、动力学方程。根据系统动量守恒条件显式的表达出基体与机械臂之间的速度耦合关系,并由此说明基体的位姿变化不仅与机械臂实时关节速度有关,还与机械臂的历史关节路径有关。为了更进一步说明系统内存在的动力学耦合问题,针对一个漂浮基三自由度空间机械臂系统,设计了三组仿真试验。三组不同的关节速度曲线作为输入条件,求解基体关节所受的扰动量。仿真结果证明了计算方法的正确性。     

4500m级AUV框架共振特性分析

整个AUV系统大部分设备都直接或者间接搭载在中段和航行控制段,这两段的结构设计强度与动力学性能决定整个机器人系统布放和回收的安全性和可靠性。针对这两段框架建立有限元模型,进行加速度过载分析与静力学分析,校核结构静强度、静刚度;进行模态分析和频率响应分析校核共振特性。结合框架的负载实验结论充分验证了结构在正常负载条件下能够保证不发生失效破坏。     

基于扩展任务的双臂机器人位姿优化

为了能够在不修改工业机器人控制器的逆解算法的前提下对双机械臂系统进行位姿优化,同时要求以双臂各向同性指标为强化目标,设计出基于扩展任务的双臂姿态优化方法。首先对双臂机器人的协作任务进行了运动学分析与建模,然后基于最近被提出的一种新型的通用冗余机械臂位姿优化方法对双臂位姿优化进行数学描述,并表明了优化指标-双臂各向同性指标的几何和物理意义。再利用蒙特卡洛采样方法和非线性回归拟合出了主机械臂在操作空间的位姿与协作任务的位姿之间的数学关系,即扩展任务的数学模型。最后在ABB Robot Studio机器人仿真软件中对双臂系统进行主从协作运动任务的仿真,结果表明:利用扩展任务的优化方法可以实现以各向同性指标强化为目标的双臂系统的位姿优化,可以使两只机械臂都远离肘关节奇点和肩关节奇点,并且表明本质上还可以减小机械臂的条件数的值。     

基于线性矩阵不等式空间遥操作系统的鲁棒H_∞控制

针对具有力反馈空间遥操作系统的时变大时延和环境模型参数不确定问题,提出一种基于线性矩阵不等式(Linearmatrix inequality,LMI)的鲁棒H∞控制方法。对于回路时延是未知时变的遥操作系统,该方法只需要已知时延的上下界,可以解决环境模型参数不确定问题,并获得良好的位置和力跟踪性能。将主从端的动力学模型转化成相应的状态空间方程,并将其离散化、合并为一个离散状态空间方程;然后根据该系统方程,基于LMI方法设计状态反馈控制器,通过定义Lyapunov函数分析闭环系统的稳定性,并且分别给出在环境模型参数确定和不确定情况下,使得闭环系统渐近稳定且满足给定位置跟踪性能的充分条件;仿真试验结果表明所提出的方法可使得遥操作系统渐进稳定且具有好的位置和力跟踪性能。     

一种基于SUKF的广义行为环境建模及在远程AUV推进系统的应用研究

针对自主水下机器人对广义行为环境自适应能力差的问题,给出基于平方根无色卡尔曼滤波的广义行为环境建模方法。在广义行为环境的离线参考模型中,有一些参数是时变的、是无法事先预知的,必须通过传感器探测的信息进行实时估计和预测。采用平方根无色卡尔曼滤波算法,根据在线传感器信息以及离线参考模型,实时地估计出广义行为环境的状态和参数。主要研究自主水下机器人自身行为环境建模,以远程水下自主机器人的推进系统为例,构建一种推进器效率损失因子的故障模型结构,应用平方根无色卡尔曼滤波对水下自主机器人的状态和推进器故障参数进行在线联合估计。利用远程自主水下机器人的数学模型进行仿真验证,试验结果表明了算法的有效性,并对影响平方根无色卡尔曼滤波算法估计性能的因素进行了分析。     

基于霍夫神经网络模型的复材纹理方向检测

纹理方向是保证复材韧性和耐腐蚀性的重要参数，基于视觉的复材纹理方向检测方法具有非侵入式、成本低、精度高的特点而被广泛研究，但现有的复材纹理方向检测方法易受到背景干扰，且存在检测精度低和回归一致性差的问题，为此本文提出一种基于霍夫神经网络(Hough neural network, HNN)模型的复材纹理方向检测算法。针对图像中复材区域易受背景区域干扰而影响检测精度的问题，提出一种通道注意力残差网络模型来提取复材图像中的目标纹理区域。针对复材纹理方向检测精度低和回归一致性差的问题，提出一种由粗到精的纹理方向检测方法，基于HNN筛选出正确的纹理方向候选集，再根据候选集进行霍夫变换来回归出更精确的纹理方向。本文所提方法在建立的复材纹理方向检测数据集上进行了大量的测试和分析，验证了所提方法的可行性和有效性。     

1000MW机组中速磨煤机风环改造分析

针对电厂长期存在的石子煤排量大、风环堵塞、出力不够等问题,对磨煤机进行改造。通过对磨煤机风环进行优化设计,合理分配喉口数量、优化叶片流线外形、保证合理的通流面积。将喷嘴的下部向外倾斜一定角度,设计成"喇叭"状,实现拆分一次风为两部分的目的,形成一次风通过喷嘴向上吹扫和侧向吹扫的状态。改变风环的材质,采用耐磨性高的高铬白口铸铁,降低风环的磨损量。设置了可调节的挡板装置,用于补偿磨煤机的后期磨损。提高了磨煤机出力,增加了磨煤机碾磨能力,减轻中速磨煤机易磨损部件的磨损,延长其使用寿命。满足锅炉大比例掺烧褐煤的需要,降低了发电成本。     

基于HyperWorks的遥操作主手构件拓扑优化设计

论文利用变密度法对力反馈型遥操作主手的结构进行拓扑优化设计,旨在满足各种工况及易制造加工的条件下,实现零部件的轻量化。首先分析了零部件在多种工况下的受力情况,再根据分析结果对模型进行了拓扑优化,最后在优化结果的基础上进行了满足加工工艺要求的二次设计。最终得到的零部件结构模型与初始模型对比结果显示:在满足安装、强度、刚度、可加工性等约束条件的情况下,总质量比最初模型减轻了40.89%。