视觉驱动机械臂自主作业技术综述

视觉驱动机械臂自主作业技术在工业生产、航空航天以及深海探测等诸多领域都具有重要的意义.在回顾多年视觉驱动机械臂自主作业技术的基础上,从基于几何驱动的控制和基于数据驱动的控制两个方向进行归纳总结.对不同的控制方法,介绍了控制的原理,总结了每一类自主作业控制的研究成果,并对每种控制方法的特点以及存在的问题进行分析.针对视觉...     

BP算法在欠驱动机械臂平衡控制中的应用

欠驱动机械臂是一类控制器数目少于系统自由度的非完整系统.针对欠驱动机械臂Acrobot,采用标准BP算法和改进BP算法设计了神经网络平衡控制器,仿真实验结果表明,改进的BP算法能有效地克服标准BP算法的缺陷,使系统的均方误差大大减小,并具有容易实现以及计算量小的优点.     

采用SOM算法的软体机械臂三维形状实时感知

为实现软体机械臂精确的三维形状实时估计,奠定变形控制与应用的基础性工作,针对三段式软体机械臂,提出了一种基于自组织映射(Self-organizing map, SOM)算法的三维空间形状实时感知方法。首先,对ZED双目相机捕捉到的左、右图像帧进行图像预处理,得到左、右二值图像,并实时提取软体机械臂的二维轮廓数据。然后,采用SOM算法对轮廓数据进行聚类,有序得到软体机械臂二维中心线的多个骨干点,并与K均值,高斯混合模型以及细化3种中心线提取算法进行了对比研究,进一步表明SOM算法更适用于解决软体机械臂复杂形状的中心线辨识。最后,通过基于双目视差的三角测距模型完成软体机械臂的三维形状重构。该算法还采用数据降采样、SOM参数优化等方法,提高算法框架的实时性能。针对软体机械臂连续形变过程,进行了实时形状传感实验和对比验证实验。实验结果表明,该算法具有较高的形状感知精度和较好的实时跟踪效果。不仅如此,与其他文献中提出的形状检测算法相比,该算法也具有较好的性能。     

基于铰链结构的机械臂操作柔性负载系统建模与控制

基于铰链结构研究了机械臂协调操作柔性负载系统的动力学建模与控制问题。提出了虚拟连杆的概念,以虚拟连杆为基准运用有限元法与拉格朗日方程建立了柔性负载的运动方程和振动方程,在负载坐标空间建立了系统的动力学模型。针对振动状态的不可测量性,应用刚性控制规律设计了控制器,给出了一种补偿系统动力学对位置控制影响的方法。仿真结果验证了该方法的有效性。     

机械臂协调操作柔性负载鲁棒神经网络控制

针对多变量刚柔耦合的双机械臂协调操作柔性负载系统,基于奇异摄动理论研究该系统有限元模型的分解以及轨迹跟踪控制问题.考虑动力学模型的复杂性,通过双时标变换将协调系统分解成表征系统大范围刚性运动的慢变子系统和表征系统弹性振动的快变子系统.基于反演思想在慢变子系统中设计鲁棒神经网络控制策略,实现系统轨迹跟踪性能;针对快变子系统,设计鲁棒最优控制策略抑制系统的弹性振动.仿真研究结果表明,该控制策略增强了系统的跟踪性能和鲁棒性.     

面向草莓抓取的气动四叶片软体抓手研制

农林业中果蔬的自动化采摘需求日趋强烈,末端抓手是实现无损采摘的关键。传统的末端抓手以刚性结构居多,现有的各种柔性抓手也存在抓取力不足、包覆性不佳等缺点。本文以草莓的无损采摘为研究对象,提出将草莓外部轮廓曲线作为设计曲线,设计了一种新型气动四叶片软体抓手。首先,对软体抓手的结构做仿真优化,提出一种安全地附着在目标物表面的设想。然后,在进行草莓表面的最小破坏应力试验的基础上,测试了软体抓手的末端力,验证了其实现无损抓取的可行性。再次,利用动态捕捉技术,研究了软体抓手叶面的弯曲变形规律。最后,选择使用弧线型气体通道的软体抓手进行了草莓抓取测试,结果证明了气动四叶片软体抓手可以实现草莓的无损抓取,抓取成功率达90%,破损率为2%,表明所研制的四叶片软体抓手用于草莓抓取时具有良好的稳定性和实用性,可用于草莓采摘的末端执行器。本研究也可为其他易损果蔬的采摘技术提供理论基础和技术支撑。     

欠驱动水平机械臂的遗传优化分层滑模控制

对具有非驱动关节的水平二自由度机械臂系统,提出了基于遗传算法的在全局参数空间内进行全参数寻优的改进分层滑模变结构控制方法．解决了水平欠驱动系统的变结构控制问题以及由于欠驱动系统控制缺少通用的参数计算方法而产生的控制精度低的问题．仿真结果表明了该控制方法的有效性,并且优化后的控制器具有较好的适应性和控制效果．     

基于铰链结构的机械臂操作柔性负载系统建模与控制

基于铰链结构研究了机械臂协调操作柔性负载系统的动力学建模与控制问题。提出了虚拟连杆的概念,以虚拟连杆为基准运用有限元法与拉格朗日方程建立了柔性负载的运动方程和振动方程,在负载坐标空间建立了系统的动力学模型。针对振动状态的不可测量性,应用刚性控制规律设计了控制器,给出了一种补偿系统动力学对位置控制影响的方法。仿真结果验证了该方法的有效性。     

常用硅胶材料软体气动夹爪夹持性能的仿真研究

硅胶作为气动夹爪的软体材料,其对夹爪的夹持性能有直接影响.采用有限元数值仿真方法对4种常用硅胶材料的气动夹爪进行夹持性能分析,探究Ecoflex 00-30、Ecoflex 00-50、Dragon skin 10和Dragon skin 30材料的影响.通过单轴拉伸试验测定硅胶材料的变形特性;采用不同的本构模型对材料...     

用于康复训练的分段式气动软体驱动器

针对手指康复训练中软体驱动器贴合度低、灵活性差、运动传递不准确等问题,基于仿生原理设计分段式气动软体驱动器. 通过3个具有锯齿结构半波纹管气囊实现软体驱动器的分段弯曲,嵌入柔性应变传感器实现软体驱动器本体感知. 建立半波纹管气囊弯曲变形数学模型,借助有限元分析对半波纹管气囊进行分析,研究壁厚、波纹宽度、波距和波纹数目对该气囊弯曲性能和末端输出力的影响,选取软体驱动器尺寸参数. 采用3D打印技术及失蜡铸造工艺,制作分段独立驱动的软体驱动器. 特性测试结果表明：分段式软体驱动器最大弯曲角度为302°,末端输出力为3.33 N,能够带动手指进行分关节康复训练,内嵌的柔性应变传感器可以实时监测软体驱动器弯曲状态.     

偏心负载对摆动气缸动特性影响及抑制措施

为了抑制偏心负载对垂直放置的摆动气缸运动造成的影响,首先提出了能够定量表示偏心负载对垂直放置的摆动气缸影响程度的速度稳定性指标αv,随后提出了使摆缸两工作腔在某一角度范围内瞬间连通,利用增大背压的方法提高摆缸系统速度稳定性的解决办法,建立了垂直放置、偏心负载作用下且具有连通孔的摆缸数学模型,在该模型的基础上以速度稳定性指标αv最小为优化目标函数,采用遗传算法对摆缸工作腔连通孔进行了优化设计.仿真和试验结果证明该方法有效地解决了摆缸速度稳定性问题.     

一种气动机械手插装作业的几何与力学分析

对一种用于射孔弹上下料的气动机械手的插装作业机理进行了分析,建立了插装作业过程中的几何约束与力分析模型,导出了锥体接触、柱体一点接触和二点接触阶段插装时的位置和角度误差表达式,求解了各阶段所需的插装力,给出了避免发生卡阻和楔紧现象的几何与力约束条件。计算实例和实际作业证明：所提出的模型是正确有效的,该机械手的被动柔顺性能够保证其顺利完成多种射孔弹的插装作业。     

软岩嵌岩桩承载性状的研究探讨

我国华东地区发育着红色软岩具有与硬岩不同的物理力学性质，嵌固于其中的大直径钻孔灌注桩的荷载传递性状也应与硬岩有所不同，特别是对大嵌入深度，大吨位的软岩嵌岩桩的研究具有重要的工程实践与理论意义。文章从嵌岩桩的设计理论出发，对我国东部泥质软岩上的大直径灌注嵌岩桩的荷载传递性状进行了研究。在分析南京新华大厦桩基工程两大嵌入深度，大吨位的软岩嵌岩桩静载试桩资料和实测内力数据基础上，总结了泥质软岩嵌岩桩的荷载传递特点，对现行的软岩嵌岩桩设计理念提出了新的见解，并将其成功应用于南京新华大厦的桩基设计中，取得了良好的经济效益。     

交通荷载作用下道路与软土地基弹塑性变形分析

建立了循环荷载作用下软黏土地基中孔压发展的经验模型，通过回归分析得到了模型计算参数.采用动态弹塑性有限元法分析了交通荷载作用下道路与软土地基共同作用的变形特性，考虑了孔压对软土地基变形特性的影响.提出了交通荷载在软土地基中的“临界影响深度”的概念，通过计算实例分析表明,在给定工况下交通荷载在软土地基中的临界影响深度约为10 m，有效影响深度约为18 m，为道路工后沉降计算提供了参考.     

高职院校内涵发展的绩效驱动机制

绩效驱动机制是高职院校内涵发展的主要动力源,绩效驱动的主要手段是绩效考核。绩效考核应追求正向驱动力的最大化而力避负面影响。绩效驱动机制的考核指标体系设计应体现其应有的逻辑起点,绩效考核的实施应优化顶层设计,区分指标特性并追求信息化、自动化。     

考虑次固结时循环荷载引起的软基沉降

为了控制在循环荷载作用下软基路堤的总沉降和工后沉降,采用能够综合考虑主、次固结沉降的Yin-Graham一维等效时间线模型和一维条件下软土“最终”沉降与应力路径无关的性质,获得在正弦循环荷载作用下路堤运行期间长期总沉降和工后沉降近似计算公式,建立路堤总沉降和工后沉降与回弹指数、压缩指数、蠕变系数、初始有效应力、路堤承受的静荷载幅值和动荷载幅值之间的关系,除上述影响因素外,工后沉降还与运行期开始时路堤下软基的总有效应力有关.利用沉降公式计算具体工程软基路堤运行期结束时的长期总沉降量,计算误差小于0.275％.     

Orientation angle workspaces of planar serial three-link manipulators

This paper presents a classification on the workspaces of planar serial three-link manipulators, that is, position workspace and orientation angle workspace. Position workspace indicates the region reached by the reference point on the end-effector. Orientation angle workspace indicates a set of angle ranges by which the end-effector can reach with certain orientation for every point in the reachable position workspace. By introducing a virtual equivalent mechanism, reachable position workspace can be divided into several Grashof intervals and non-Grashof intervals. The calculation equations of orientation angle workspace are deduced in three situations according to the relationships among four link lengths in the virtual four-bar chain. Three examples are given for three kinds of relationship of link lengths. The orientation angle workspace of extended groups, that is, two of the three link lengths equal, and the orientation angle workspace when the reference point on the end-effector moves along a non-radial direction are also discussed. A program is developed to calculate orientation angle workspaces and output variation curves of orientation angle workspace and key data within the position workspace. The approach and program in this paper can be used for fast calculation and identification of the variation rule of the orientation angle workspace of any given planar serial three-link manipulator on the basis of its link parameters, and for the design of a highly dexterous serial manipulator with proposed link relations. Supported by the Natural Science Foundation of Shanxi Province (Grant No. 20041070)     

电容层析成像在双套管气力输送中的应用

以某公司双套管密相输送系统为试验平台,用电容层析成像技术对粉煤灰为输送物料进行了相关物理参数的测量研究。研制了适用于高压力下的8加4电极的电容层析成像传感器并进行了试验台的搭建安装。采用电容层析成像技术（ECT）,对常温下气力输送的固体浓度、速度和质量流量进行了测试研究。研究结果证明电容层析成像技术在工业中的现实可行性。