基于双种群遗传算法的含缺陷矩形件排样优化研究

结合缺陷约束的最低水平线算法与双种群遗传算法,对板材内部含缺陷时的情况进行矩形件排样优化。用双种群遗传算法对矩形件排样顺序进行寻优,将矩形件的排样顺序和旋转方式划分为2个种群分别进行遗传迭代,并结合改进的初始种群生成策略,改善算法的搜索效率及全局寻优能力。基于缺陷约束的最低水平线算法通过更新缺陷矩形轮廓信息与引入缺陷位置约束判断,使矩形件在根据优化顺序排样时可避开缺陷部位。通过算例运算测试可知,相比于经典遗传算法,所提算法在4种不同数量缺陷的板材中,最优板材利用率与排样优化稳定性均有所提高。双种群遗传算法和基于缺陷约束的最低水平线算法可在含缺陷板材的排样问题中得到推广应用。     

基于极点配置算法的下肢康复机器人控制系统设计

针对目前下肢康复机器人控制系统设计时,存在的参数配置复杂、忽略踝关节的康复训练等问题,提出了一种基于极点配置算法的下肢康复机器人控制系统。根据下肢关节机械结构非线性运动,采用极点配置算法设计控制器,通过z变换对设计的控制器进行离散化处理,在以ARM—M3为内核的STM32微控制器中实现位置闭环控制。STM32微控制器通过串口协议与上位机通信,实现触摸屏控制微处理器,从而控制下肢康复机器人的运动模式。并实时地把各关节的角度信号和作用力信号传输到上位机进行曲线显示。实验对8名被测者在不同减重比下的被动行走训练进行测试,通过分析关节角度曲线和关节驱动力曲线,该控制系统能够实现下肢康复机器人在不同康复训练模式下协调平稳的控制。并能满足一定康复训练要求。     

基于机器视觉的大尺寸工件自动测量系统

针对目前对于大尺寸工件二维形貌测量效率低、精度低的问题,设计了一种基于机器视觉的大尺寸工件二维形貌检测系统,主要包括硬件系统设计和软件系统设计。针对工件尺寸大的特点,利用光电编码器精确定位相机位置,将大尺寸工件分解为多个部分进行采集,建立坐标转换数学模型,实现大尺寸工件的尺寸测量;针对通用的直线/圆弧检测算法精度低的问题,设计了一种基于改进随机抽样一致性(RANSAC)的亚像素直线/圆弧检测算法,可以得到精确的直线/圆弧方程。实验结果表明:设计的系统算法精度高,稳定性好。     

下肢康复机器人的运动控制设计

因下肢康复机器人结构设计的差异性,导致了其控制方法的多样化。针对本文的下肢康复机器人,提出了一种简单的控制方法使其沿规划轨迹进行运动。为进行控制器的设计,需要先求得机器人系统的固有传递函数。通过分析发现该系统为非线性系统,利用实验的方法近似求得其传递函数,从而转化为线性系统的控制问题。之后利用极点配置法将系统配置为一个临界阻尼二阶系统,逆推求得系统控制器的传递函数。通过对机器人的髋关节运动控制系统进行测试,测试结果表明:设计的控制器能够很好地满足实验要求。     

磨料水射流切割钢板过程参数优化研究

利用田氏正交试验(L27)进行磨料水射流切割06Cr19Ni10钢板实验,将切割后工件断面表面粗糙度作为评测加工后工件表面质量的标准,选取的过程参数变量为:射流压力、喷嘴横移速度、靶距、磨料粒径和磨料流量。对实验数据进行回归分析,得到表面粗糙度关于5个过程参数变量的回归模型,通过响应面分析法对过程参数进行优化,得到最小表面粗糙度值对应的参数值。再利用人工神经网络对实验样本数据进行训练学习,得到表面粗糙度的最小预测值。分别通过人工智能算法(遗传模式搜索算法和模拟退火法)对过程参数优化,然后通过整合的人工神经网络-遗传模式搜索算法-模拟退火法技术对过程参数进行进一步优化,得到最小表面粗糙度值对应的最佳工艺参数值。通过实验验证了寻优结果的可靠性,通过对比,该整合技术相比单一的遗传模式搜索算法或模拟退火法,大大降低了表面粗糙度值和缩短了寻优时间。     

机器人多指手可变腕掌设计

目前,对于大小、形状各异的物体,机器人多指手的抓取规划和控制问题尚未得到完善的解决。总结现有各类机器人手掌,发现一些新型手掌结构可以提高机器人多指手的灵巧性和工作空间,且结构和控制相对简单。基于此,分析了章鱼腕的运动机理,提出了广义腕掌结构,可构型出任意大小和形状的多边形,并依此结构设计了一种12自由度的仿生机器人四指手。为了简化结构和控制,设计了一种5自由度的新型手掌结构,命名为可变腕掌。对于不同大小和形状的物体,可变腕掌能够自适应改变手掌构型,将手指变位到最佳的接触点位置,大幅提高了机器人多指手的灵巧度和工作空间。构型分析表明,对于大小、形状各异的物体,可变腕掌能够简单快速地实现自适应构型,既提高了机器人多指手的抓取质量,又降低了抓取规划和控制的难度。     

ZC_1蜗杆三维建模方法与强度分析

根据活动标价法、空间啮合理论,研究ZC1砂轮切削蜗杆的成形过程以及蜗杆副的数学模型。根据数值分析法和有限元法,结合MATLAB和Solid Works完成蜗杆副的三维实体模型,并在ANSYS中建立有限元模型。将有限元计算结果进行数据处理,分析了齿间载荷分配情况,接触应力沿蜗轮齿长方向的分布情况,以及有限元法结果与经验强度公式法结果的比较。考虑安装误差对蜗杆传动的接触应力和接触线的影响程度,得出应优先减少轴交角误差的结论。研究结论为ZC1蜗杆传动的三维建模以及强度分析提供了相应的理论依据。     

针对高速Delta机器人杆件优化的研究

为了充分发挥高速Delta机器人误差累积小、运动速度快的优点,需对Delta机器人进行杆件优化的研究。在建立系统运动学和刚体动力学模型的基础上,定义了全局灵巧度与主动臂冲击振动函数,根据Delta机器人的实际工作要求,对其进行了轨迹规划。利用MATLAB遗传算法工具箱,分别以灵巧度与冲击振动函数作为适应度函数,求得各自全局的最优解,再以求得的最优解作为杆件尺寸的上下界,利用权重系数变换法将灵巧度与冲击振动函数这一多目标优化问题转化为单目标优化的问题,据此综合出一组满足优化目标的尺度参数,为Delta机器人的结构优化设计提供了参考依据。     

双螺杆压缩机转子型线设计与数值模拟

阴、阳转子型线是双螺杆压缩机性能的重要决定因素,但其设计时常出现型线修改、实验搭建不便等难题。针对以上问题,将NURBS曲线和数值模拟技术应用于设计中。以单边不对称摆线—销齿圆弧式转子型线为基础,应用NURBS曲线构建新型转子齿廓线,并给出曲线方程;建立压缩机流体模型,运用Fluent软件模拟其额定转速下的压强与流速,通过比较分析得出新设计的有效性,为最终优化获得性能优良转子型线提供参考。搭建实验验证此设计方法的可靠性与便捷性。     

不同结构多流道螺旋混合器强化碱炼脱酸反应

针对当前油脂行业碱炼脱酸设备占地大、耗能高、效率低等问题,采用多流道螺旋混合器强化碱炼脱酸反应。探究多流道螺旋混合单元不同流道数F、扭转角φ、长径比s下脱酸率和得率随流量Q的变化规律,并与传统搅拌式混合下的脱酸效果进行对比。结果表明:Q>180 L·h^-1,多流道螺旋混合单元结构参数为F=3,φ=180°,s=1.5时综合脱酸效果最佳,此时脱酸油酸值为0.21 mg·g^-1,其脱酸率和得率分别可达94.17%和88.42%,脱酸率较传统搅拌式混合提高了40.56%。采用多流道螺旋混合器强化碱炼脱酸系统能显著提升脱酸率,可实现碱炼脱酸设备的小型化及节能化。