基于C集的少自由度并联解耦机器人构型综合

针对并联机器人各支链间相互运动耦合的特性以及各支链基座在世界坐标系的位姿问题,提出基于C集的一种少自由度并联完全解耦机器人的构型综合方法。阐述C集的基本概念并分析其运算法则;在C集理论的基础上,通过分析机构的组成特性,给出少自由度并联完全解耦机器人构型综合的具体步骤;依据此综合理论,实现三平动(3T)解耦并联机器人构型综合,得到了末端具有3T运动特征的并联机构组合。进而,以传统运动副、对称结构的3T并联机构为主要研究类型,构型出一种并联机构3-PRRR,并分析该机构的雅可比矩阵。结合ADAMS仿真软件验证新机构的解耦性能,结果显示:机构3-PRRR完全解耦,验证了所提方法的有效性。     

悬停状态下旋翼飞行机器人自适应鲁棒控制

针对加装二自由度绳驱动机械臂的旋翼飞行机器人在悬停条件下的抗干扰控制,提出了一种自适应终端滑模控制策略.将系统分成四旋翼飞行器和机械臂两个子系统,分别采用拉格朗日法与牛顿-欧拉法获得各自的动力学模型.在Lyapunov稳定性框架下设计了旋翼飞行器人的抗干扰轨迹跟踪控制器,并引人自适应策略来估计扰动上界.通过3个仿真算例验证了所设计控制器的有效性,结果表明,与其他控制器相比,本控制器具有较高的跟踪精度、较强的鲁棒性以及较好的抗干扰能力;机械臂质量的变化主要影响x通道和y通道的控制性能;本控制器基本能满足旋翼飞行机器人悬停作业的工作需求,具有一定的工程参考意义.     

7自由度冗余绳驱动机械臂运动分析及仿真

针对传统机械臂负载自重比小、臂身惯量大、人机交互安全性弱等问题,对绳驱动机械臂的结构、绳驱关节耦合、冗余运动学等方面进行了研究,创新设计了一种新型7自由度冗余绳驱动机械臂。采用绳索间接驱动前端4个关节自由度,作为位置控制;采用电机直接驱动腕部关节3个自由度,作为姿态控制。利用绳索将驱动力从基座电机传递至机械臂关节处,实现驱动机构后置;对绳驱关节耦合问题进行分析,建立了电机-关节耦合映射关系;利用位姿分离方式,结合加权最小范数法,进行机械臂逆运动学冗余位置求解。仿真结果表明:耦合映射关系建立正确,冗余运动学求解准确高效,为绳驱机械臂结构优化、动力学建模奠定了基础。     

考虑关节柔性的绳驱动空中机械臂关节空间鲁棒控制

空中机械臂在外部环境交互作业方面表现出很强的研究和应用价值,但当前系统位姿控制性能较弱、负载能力不足以及续航时间短的问题严重制约其作业能力的提升.鉴于此,设计一种带有绳驱动机械臂的新型空中机械臂系统,并将引入绳驱动机制带来的柔性效应等价到关节处,建立考虑关节柔性的刚柔耦合动力学模型.首先,针对系统在集总干扰下的关节空间轨迹跟踪控制,采用线性扩张状态观测器对集总干扰进行估计和补偿,并采用超螺旋算子和分数阶非奇异终端滑模以保证系统在到达阶段和滑模阶段均有较好的控制性能;然后,在Lyapunov稳定性框架下验证所设计控制器的稳定性;最后,通过可视化仿真和地面实验对所设计控制器的有效性进行验证.实验结果表明,所设计的鲁棒控制器比其他两种现有的控制器具有更快的响应速度、更强的抗干扰能力以及更高的跟踪精度,能够满足绳驱动空中机械臂的控制需求.     

水下运载器非奇异快速终端滑模控制

针对传统基于线性滑模面的滑模控制方法收敛速度慢、易于颤振的难题,提出一种新型多变量非奇异快速终端滑模控制方法. 利用Lyapunov稳定性理论对该方法进行理论分析,结果表明：系统位置跟踪误差和速度跟踪误差将在有限时间内收敛到小球域内, 并且小于相同参数条件下传统基于线性滑模面的滑模控制方法. 以正在开发的北极星号遥控水下运载器的四自由度控制为研究对象, 将该方法和基于指数趋近律的传统滑模控制方法进行仿真对比, 结果表明：当存在较强未知外干扰和较大参数不确定性以及测量噪声时, 该方法相对传统滑模控制方法可以获得更快的动态响应速度、更高的稳态控制精度和更平滑的控制输入．     

基于双目视觉的绳驱动飞行机械臂目标识别与抓取

为提高面向飞行机械臂平台的目标姿态估计的精度,为飞行机械臂配备双目视觉系统,对绳驱动机械臂和双目相机进行系统建模,利用Camshift算法对目标进行实时追踪,结合目标的几何特征提出一种轻量化的目标姿态估计算法,可用于飞行平台的实时目标追踪与姿态估计并进行飞行机械臂抓取实验。实验证明：该姿态估计算法对于目标追踪和姿态估计具有较好精度,可以实现抓取作业。     

外肢体机器人研究综述

阐述外肢体机器人（SRLs）的研究背景和研究意义. 介绍外肢体机器人的概念，将外肢体机器人按照功能分为辅助操作外肢体与辅助支撑外肢体. 针对不同结构类型与结构柔性的2类外肢体机器人总结研究现状. 就外肢体机器人人机一体化特性带来的结构轻量化、安全性、人机协作、抗干扰能力四方面对外肢体机器人的研究要点进行分析. 对外肢体机器人未来的发展趋势进行总结与展望.     

绳驱动机械臂动力学建模及ADAMS仿真研究

针对绳的引入造成绳驱动机械臂动力学建模较难获取的问题,考虑绳的单向受力性,研究了绳对机械臂动力学模型的影响、绳子对所有经过的连杆之间的受力情况、预紧力对连杆受力及驱动力矩的影响等方面。在传统刚性机械臂动力学模型基础上进行了归纳,分析了绳子引入对机械臂受力造成的影响;基于递推形式的牛顿欧拉公式得到了完整的绳驱动机械臂动力学模型,并在此基础上分析了施加预紧力对连杆受力及驱动力矩造成的影响;利用ADAMS对三自由度串联绳驱动机械臂进行了仿真。仿真结果表明:理论驱动力矩与仿真力矩基本吻合,说明所建串联绳驱动机械臂动力学模型是正确的;预紧力的施加只会影响各连杆之间的相互作用力,不会改变驱动连杆所需的驱动力矩。     

多材料砂型增材制造一体化共面铺砂工艺研究

目的 针对复杂薄壁铸件高性能制造难题,本研究提出多材料砂型增材制造一体化共面铺砂工艺,实现多材料砂型的整体成形。方法 基于多材料砂型增材制造振动铺砂装置,通过优化固化剂含量、铺砂器开口宽度和振动频率,实现两种型砂材料的定量落砂。通过显微镜扫描表征和图像处理,系统地研究了在不同铺砂速度下的铺砂质量和型砂层厚变化规律。结果 在一定范围内,固化剂含量的增大会减小落砂流量,铺砂器开口宽度与振动频率的增加均提高落砂流量,当硅砂固化剂含量为2.3wt.‰、铬铁矿砂固化剂含量为2wt.‰、铺砂器开口宽度为2 mm、振动频率为500 Hz时,两种型砂落砂流量相等;在此基础上,铺砂速度提高会增加模糊长度,降低铺砂界面连接处和铺砂末端粗糙度。当铺砂速度为53.92 mm/s时,实现0.6 mm层厚的多材料稳定持续铺砂,界面连接效果好、铺砂精度高。结论 本研究突破多材料砂型增材制造一体化共面铺砂工艺,实现多材料砂型多区域定量均匀铺砂。     

Depth extraction method with high accuracy in integral imaging based on moving array lenslet technique

In order to improve depth extraction accuracy, a method using moving array lenslet technique (MALT) in pickup stage is proposed, which can decrease the depth interval caused by pixelation. In this method, the lenslet array is moved along the horizontal and vertical directions simultaneously for N times in a pitch to get N sets of elemental images. Computational integral imaging reconstruction method for MALT is taken to obtain the slice images of the 3D scene, and the sum modulus (SMD) blur metric is taken on these slice images to achieve the depth information of the 3D scene. Simulation and optical experiments are carried out to verify the feasibility of this method.