Otsu准则下分割阈值的快速计算

传统Otsu法在确定阈值时需要穷举计算图像中每个灰度值为阈值时的类间方差.文中利用Otsu阈值的性质,提出了一个新算法以快速计算Otsu阈值.新算法搜寻出与两类类内均值的平均值的整数部分相等的阈值,从中确定一个符合Otsu准则的阈值.传统Otsu法在对梯度图像中的小目标分割时分割性能不佳,文中提出了一个Otsu阈值的改进算法,该算法使用快速计算Otsu阈值的新算法递归求解分割阈值.实验结果表明,与传统Otsu算法相比,计算Otsu阈值的快速算法速度更快,而阈值的改进算法对梯度图像中的小目标分割效果更好.     

基于距离精度的工业机器人标定模型

工业机器人主要有两个性能评价指标:重复定位精度和绝对定位精度。由于制造与安装误差,导致工业机器人定位精度不高,因此,在机器人使用前需要对其进行标定。但在应用传统的方法进行位置误差的标定和补偿时,要涉及到测量系统坐标系与机器人基础坐标系间的变换。由于这一过程很难精确完成,容易引入误差。因此,本文利用距离精度的定义,在修正的5参数DHM(Denavit-Hartenberg Modified)运动学模型的基础上,建立了机器人的距离误差标定模型,该模型可以避免坐标转换带来的误差。基于该模型,利用Matlab软件进行仿真实验。仿真结果显示机器人距离误差标定模型可以明显提高机器人的距离精度,为后续的实验打下基础。     

基于遗传算法的直驱SCARA机器人臂长优化设计

由于选择顺应性装配机器手臂（selective compliance assembly robot arm,简称SCARA）机器人关节驱动链过长,无法满足电子芯片等制造行业高速、高精度的要求,因此提出了一种直驱SCARA机器人,其特点是结构简单、消除了中间传动环节,代替了传统的伺服电机加减速器驱动的方式。同时,针对直驱关节转矩脉动较大、影响机器人端部稳定性的问题,提出了一种优化和设计思路,对于机器人的整体结构和参数进行了优化。在确定了SCARA机器人最大运动范围之后,分别建立了速度评价函数和刚度评价函数,以速度、刚度性能函数为适应性函数,采用多目标遗传算法对臂长进行优化。臂长优化前后的实验对比显示,优化前关节联合速度最大为3.9 m/s,优化后关节联合速度最大为4.6 m/s,有较大的提升。通过仿真发现：在末端载荷相同的情况下,优化后的形变量更小;优化前重复定位精度为±0.010 5 mm,较之传统SCARA机器人的重复定位精度已有一定提升,优化后重复定位精度进一步提高为±0.009 mm。仿真与实验结果证明,遗传算法优化有效解决了SCARA机器人端部稳定性问题,能明显提升机器人关节运...     

大行程高精度宏/微双重驱动机器人系统的研究

研究了具有宏／微双重驱动定位工作台的控制技术。该工作台采用直线电机进行大行程位移驱动,来保证较大的工作行程和较快的响应速度,采用压电陶瓷微位移器完成精密位移驱动,利用光栅尺实现闭环位移反馈,可以实现lOOmm的工作行程,10nm的重复定位精度。     

基于体硅工艺的集成式定位平台

针对纳米定位平台的构型和定位精度问题,采用体硅加工技术成功地研制出了一种基于单晶硅并带有位移检测功能的新型二自由度微型定位平台,定位平台采用侧向平动静电梳齿驱动.利用力电耦合和能量守恒原理分析了静电致动器的致动机理,对定位平台的主要失效模型、静态和动态特性进行详细建模分析,证明了静电梳齿力电耦合所导致的侧壁不稳定以及驱动器的最大稳定输出位移,给出了平台稳定工作条件下梳齿间隙、梳齿初始交错长度以及复合柔性支撑梁的弹性刚度比之间的关系.动态分析时考虑空气阻尼对平台的影响,给出了平台最大运行速度、位移及动态条件下的临界驱动电压并把分析结果应用于平台闭环控制.实验结果表明:驱动电压30 V时,平台稳定输出位移达10 μm,机械稳定时间仅为2.5 ms.     

基于嵌入式视觉的移动式自重构微小型机器人

本文提出了一种新型移动式自重构机器人。机器人包含若干可独立执行任务的移动子机器人,单元子机器人由若干模块化组件(中央处理模块、通信模块、驱动模块、弯举模块、超声模块、视觉模块等)组成,并可通过展开结构进行简单变形以增强自身机动性能与越障能力。多个子机器人可以在微型CMOS相机及其它传感器协作下自主对接为整体机器人,并可自重构为蛇形、环形等构形完成越障;在任务完成后,各子机器人可以彼此脱离,形成分布式机器人系统。为实现机器人微小型化,在模块化设计过程中大量采用了紧凑机械结构,设计了基于微型CMOS数字相机的嵌入式图像处理模块用于视觉自重构,以及基于ARM、FPGA的嵌入式中央控制器进行低能耗高效率的全局控制。单元机器人通过了完整功能测试,并完成了两个模块间的对接实验。     

基于碰撞力的谐振致动机理与试验

单侧碰撞约束的双摆是一个复杂的动力系统,有多种多样的运动形式。对初始条件为接触的单侧碰撞约束双摆在正弦激励下的运动特性进行研究时发现,当激励频率与系统特性匹配时,只需很小的激励双摆的末端就会与约束分离,从而进入碰撞振动状态,且此时双摆每次与约束碰撞产生的切向冲量的概率分布具有不变性,即碰撞力具有驱动效果。根据这种特性提出一种基于碰撞力的谐振致动机理。基于该致动机理,模拟双摆的力学特性,设计谐振式驱动足,并研制移动机构样机。通过试验证明谐振足与地面约束的碰撞力具有驱动效果,在幅值为10V的正弦激励下,样机的移动速度可达172mm/s。基于碰撞力的谐振致动机理具有结构简单、易于实现、运动速度快的优点,可以很好地适应微小型移动机器人的需求。     

安装于电动轮椅上轻型作业臂的研制及评价

以残障人士和老年人最常见的10项日常活动作为辅助目标,研制了一款安装于电动轮椅上的6自由度轻型作业臂。文中对作业臂的本体、末端手爪和控制器进行了详细设计。对该作业臂安装于轮椅上可操作度的分析表明:作业臂在常见作业点上具有良好的操作性能;典型喝水服务试验则表明该作业臂能辅助残障人士和老年人的日常生活,为带作业臂智能轮椅系统进入残疾人和老年人的生活奠定了基础。     

管材数控弯曲中的起皱分析与控制

针对内高压成形过程中,对弯曲件质量的严格要求,研究了低碳钢管材的数控弯管过程。采用数值模拟和实验,分析了不同弯曲半径、芯棒和管坯的间隙、芯棒位置和有无防皱块等参数对起皱的影响。结果表明,随着弯曲半径、芯棒直径、芯棒伸出量的增大及采用防皱块的情况下,管材弯曲起皱的趋势减小;在数值模拟的基础上进行了试验研究,试验结果和数值模拟结果吻合较好。采用二倍管径的弯曲半径,芯棒和管材间隙0.015D的情况下,能够有效地避免了弯曲内侧的起皱和外侧的减薄,成形出合格的副车架弯曲件,满足后续的内高压成形。     

一次逆、二次正压电效应在自感知执行器上的应用

提出利用一次逆、二次正压电效应为同一压电体内的双向效应原理,进行传感器与执行器集成一体化——自感知执行器的研究.即利用一次逆压电效应输出一个微位移,作为执行器使用;利用二次正压电效应的输出电荷自感知执行器的输出位移,作为传感器使用.在准静态（电压0～50V）和低频（电压100V,频率10Hz）条件下,分别进行了一次逆压电效应输出位移、二次正压电效应输出电压的实验,并将得到的数据进行归一化处理.实验结果表明,通过测量二次正压电效应产生的电荷能够较好地自感知一次逆压电效应产生的位移.