用于微型胃肠道胶囊机器人供能的U型发射线圈无线能量传输系统设计与实验

为了解决微型胃肠道胶囊机器人或其他可植入医疗设备无法使用电源线供电以及无线能量发射系统性能差的问题,本文提出了一种新的U型发射线圈无线能量传输系统。与传统的螺线管对式的发射线圈相比,通过结构的改进,首次将磁芯加入到了发射线圈中。该系统可以极大地改善传输过程中传输效率低,机器人接收功率低的问题。本文建立了所提出的U型发射线圈无线能量传输系统的理论模型,并通过有限元模拟对其进行了分析。搭建了U型发射线圈无线能量传输系统平台对其能量传输效率和接收线圈的接收功率进行了测试,以验证所提出设计的有效性。实验结果表明,所提出的U型无线能量传输系统的传输效率最高达到14.13%,接收功率最高为3 780.75 mW,能够满足机器人工作的功率要求。     

用于胃肠道机器人的C型组合式无线能量发射线圈的设计与实验

现有适用于胃肠道机器人的无线能量传输系统的能量传输效率低、接收功率低且接收能量的位置均匀性差,无法满足功能复杂的新型胃肠道机器人的能量需求。本文提出了一种新型C型组合式发射线圈结构,通过有限元仿真分析供能单元组的磁感应强度大小和位置均匀性,确定供能单元组中线圈对间距的实验优化范围。最后搭建实验平台,优化供能单元组中线圈对间距,通过系统的能量传输效率、接收功率以及接收功率的位置均匀度对设计进行评估与验证。实验结果表明：当线圈对间距为150 mm时,中心位置的接收功率为1 165.34 mW,系统的能量传输效率为6.08%。系统的平均功率约为1 100 mW,平均能量传输效率达6%以上,接收功率的平均位置均匀度达94%。新型C型结构磁芯以及采用同一时刻只有一个供能单元组工作的组合式线圈结构,极大地改善了系统的接收功率与能量传输效率,并有较高的接收能量的位置均匀性。     

多维无线能量传输系统的设计与优化

为实现胃肠道胶囊机器人多维无线能量传输,减小接收线圈的绕制维度、体积与产热,设计了一种双维正交矩形螺线管对发射线圈结构。可通过控制不同组发射线圈的电流来改变合成磁场方向,同时该结构发射线圈内部可嵌入磁芯,其线圈间距也可根据检测者体型灵活调整,减小功率损耗。建立了所构建无线能量传输系统的理论模型,通过有限元仿真验证磁芯对系统性能的提高,最后通过搭建实验平台进行测试,优化了单维接收线圈的参数,同时实验验证了该系统在不同发射线圈间距下的可行性。实验结果表明,在线径为0.05 mm的条件下,所构建系统接收线圈的最佳绕制股数为12,优化后的匝数为120。当发射电压为15 V,发射线圈间距为300 mm的条件下得到的中心最小接收功率为1 578mW,能量传输效率为3.85%。该系统在300～500 mm发射线圈间距下均可满足胶囊机器人的功率需求。     

胶囊内窥镜便携式无线能量发射系统

对采用电磁感应无线能量传输(WPT)系统为视频胶囊内窥镜(VCE)提供能量的技术进行优化,主要对无线能量发射系统进行了改进,并搭建了便携式WPT平台。通过比较磁场强度和均匀度,选定了合适的发射线圈结构;通过分析谐振原理并测试Q值变化,确定了传输频率;在发射电路中加入可调电感提高频率稳定性,并测量了电流的波动情况。实验显示:优化设计的WPT系统稳定可靠,VCE在WPT平台上工作正常,可以30frame/s的帧率向接收天线发送分辨率为320×240的图像,功率为78.4mW。该无线能量发射系统可携带,传输效率和稳定性受人体行动影响较小,可保证VCE在高频率和高分辨率状态下持续工作,提高了VCE临床应用的可行性。     

基于改进粒子群算法的六自由度工业机器人轨迹规划

针对工件打磨工况,设计建立用于打磨的机器人运动学模型,规划机器人运动学轨迹,通过改进粒子群算法优化轨迹曲线,减少机器人运行时间,提高机器人工作效率。首先建立打磨工业机器人空间运动学模型,计算目标点从笛卡尔空间转换到关节空间的逆解,在关节空间中利用“三次-五次-三次”三段多项式曲线对所求逆解进行轨迹规划,以轨迹运动时间最短作为优化目标。利用融合免疫操作的改进粒子群算法对轨迹曲线进行优化,将改进算法的优化结果与传统粒子群算法进行对比;改进后的新算法改善了粒子群算法易陷入局部最优的问题,适应度结果更好,算法效果更佳。     

体内微机电系统的三维无线能量传输装置的设计和实验

设计了基于电磁感应原理的体内无线能量传输系统,为体内内窥镜胶囊提供能量。首先,通过建立数学模型对三维无线能量接收线圈正交绕组的接收性能进行仿真,获得不同姿态下系统的耦合系数。结果表明:三维正交线圈在不同姿态下能有效地进行互补。然后,根据体内内窥镜胶囊尺寸要求,设计制造了微型接收绕组和整流稳压电路,并用此系统给自制的图像采集系统供能,且对实际传输的电压和电流进行测量。实验结果表明:该三维接收系统的能量传输效率和稳定性能够满足实际需要。     

采用改进粒子群算法优化的涡轮增压器节能研究

涡轮增压器在工作过程时,由于参数设计的不合理,导致燃料能量损失较为严重。对此,创建了涡轮增压器平面简图模型,根据能量守恒定律建立燃料质量变化方程式。确定涡轮增压器设计参数变量,构造优化目标函数并且添加约束条件。对传统粒子群算法进行改进,将改进后的粒子群算法用于优化能量损失目标函数,给出优化过程的具体步骤。将优化后的参数输入Matlab软件中进行仿真,并与优化前能量损失进行比较和分析。仿真结果显示:优化前,涡轮增压器损失最大功率值为2.92×103W,功率曲线波动幅度较大;优化后,涡轮增压器功率损失最大值为1.98×103W,功率曲线波动幅度较小。采用改进粒子群算法优化涡轮增压器设计参数,能够提高其工作效率,从而节约能量。     

仓储系统伸缩臂的结构优化研究

对仓储系统伸缩臂的结构进行了优化,优化的目的是减少伸缩臂的截面面积,从而降低制造成本。建立了伸缩臂优化数学模型,采用改进粒子群算法对该数学模型进行计算寻求截面面积的最小值,结果表明:相比基本粒子群算法,改进粒子群算法能够有效避免算法陷入局部最优解,优化效果更好。将伸缩臂三维模型导入有限元软件中进行结构静力分析与验证,结果表明优化后的伸缩臂结构力学性能满足工况要求。     

用于胃肠道微型机器人的组合螺线管式无线能量发射系统研究

为保障胃肠道微型机器人在体内稳定、可靠工作,以扩大无线能量传输系统的工作范围、提高接收能量及其稳定性为目标,研究了新型组合螺线管式无线能量发射系统.通过有限元仿真分析,确定发射线圈的最佳结构及结构参数.基于最小传输能量要求及所提出的发射线圈性能评估指标,优化确定发射线圈的匝数.研制的发射线圈尺寸为50 cm×50 cm...     

基于耦合算法的类人机器人模仿学习控制方法

为提高类人机器人模仿学习的准确性及效率,建立了一种改进的粒子群算法优化超限学习机的模仿学习模型。采用非线性动态系统对示教时的相关数据进行建模;以动态自适应策略改进粒子群算法的惯性权重,并利用改进后的粒子群算法对超限学习机的网络参数进行寻优;利用该耦合学习模型对模仿学习动态系统的参数进行学习,并重现了模仿学习动作。实验结果表明,该耦合算法应用在类人机器人模仿学习方面具有很好的拟合精度、自适应性及泛化能力,重现模仿学习动作时的平均误差为0.0172。     

约束型粒子群的LCC/S磁谐振耦合机构参数优化算法

针对移动监测型传感器种类不同且位置可变的特性,确定LCC/S磁谐振耦合机构工作模式。由于该型无线电能传输系统谐振补偿拓扑参数配置困难,使得系统难以同时兼顾输出效率与输出功率,提出一种以系统传输效率为目标函数,以传感器移动范围内所需功率为限制条件的约束模型;然后引入罚函数将约束模型转化为无约束模型,通过粒子群算法进行参数优化,使得系统在满足传感器所需功率的同时传输效率最大化。最后通过仿真验证了所提优化方法的有效性。     

基于粒子群优化算法的小型足球机器人路径规划

为了解决足球机器人无法躲避动态障碍物和容易陷入局部极值的问题,在深入研究粒子群优化算法的基础上,提出了采用栅格法与粒子群优化算法相结合的路径规划算法。首先采用栅格法对小型足球机器人工作环境构造模型,再利用改进的粒子群优化算法进行最优路径搜索。该算法实现简单,收敛速度快,不易陷入局部极值,不仅能够满足足球机器人实时动态的路径规划要求,而且能满足不同环境下的路径规划要求。仿真实验表明,该方法可以很好地应用于足球机器人的路径规划中。     

基于Prony分析的电力系统FACTS设备参数优化

针对互联电力系统中存在的区域间低频振荡问题,提出了基于普罗尼(Prony)分析的柔性交流输电系统(FACTS)参数优化方法,以提高系统阻尼.将基于Prony分析的联络线传输功率振荡主导模式阻尼比作为优化问题的目标函数,并提出了模式幅值比约束条件,建立了FACTS参数优化模型.采用了改进PSO(粒子群算法)算法求解该非线性优化模型,其中为了防止算法陷入局部收敛,引入了混沌运算以提高种群的多样性.为了验证优化方法的有效性,采用IEEE 4机11节点系统进行了仿真实验.研究结果表明,安装了经过参数优化的静止无功补偿器后,系统的联络线传输功率暂态调整时间减少了44％以上,区域间低频振荡得到了有效抑制.     

改进粒子群算法优化的五连杆机器人分数阶PID控制器

针对机器人传统PID控制系统响应速度慢、输出不稳定性等问题,采用改进PID控制器,引入改进粒子群算法,将自适应加速器参数插入粒子群算法的原始速度更新公式,从而加快算法的收敛速度.采用改进粒子群算法优化分数阶PID控制器,将改进后的PID控制器用于五连杆机器人电机转速响应分析.仿真曲线表明:采用传统PID控制器,响应时间为0.5s,上下波动次数较多;采用改进PID控制器,响应时间为0.2s,上下波动次数较少.五连杆机器人采用改进粒子群算法优化分数阶PID控制器,能够快速地提高机器人控制系统运动的稳定性,降低输出误差.     

心脏起搏器无线能量传输装置的设计与研究

首先介绍了基于谐振磁耦合的心脏起搏器无线能量传输系统工作原理和电路补偿结构,然后建立了系统数学模型,推导了输出功率和耦合效率的数学公式,研制了心脏起搏器的谐振无线能量传输系统,包括选用集成电路芯片XKT-412与XKT-3168设计系统初级发射电路、次级接收电路,绕制初次级线圈,对补偿电容进行选型并进行负载匹配等。最后通过试验找出了系统最佳工作条件,实验结果显示当输入电压5V,传输距离10mm时,负载端电压为5.05V,输出功率0.543W,系统耦合效率可达43.41%,表明该设计是可行和有效的。     

基于改进粒子群算法的数控加工参数优化研究

为优化数控加工参数,提高数控机床加工性能,研究改进粒子群算法的数控加工参数优化方法,设置最低生产成本以及最高生产率为数控加工参数的优化目标,利用协调系数将多目标优化问题转化为单目标优化问题建立目标函数,设置切削速度、进给量约束、切削进给力、切削功率、切削转矩约束、表面粗糙度要求为约束条件,采用惯性权重值适应性递减方法改进粒子群算法,令惯性权重随粒子群进化适应性提升,采用改进粒子群算法快速寻找数控加工参数目标函数最优值,实现数控加工参数优化.实例分析结果表明,该方法可有效优化数控加工参数,满足实际加工需求,优化后的实验数控机床加工性能佳.     

基于粒子群算法的越野车悬架参数优化

针对基于平顺性的悬架参数优化问题,建立了越野车后悬架系统参数优化的数学模型,包括优化变量、目标函数和约束条件,设计和应用了三种改进的粒子群算法,线性时变惯性权重粒子群算法、随机惯性权重粒子群算法和时变加速因子粒子群算法,来对车辆悬架平顺性进行优化,并与遗传算法对比。仿真结果表明,时变加速因子粒子群算法在收敛速度和收敛精度上都明显高于其他算法,优化后的车辆平顺性大大提高。     

基于改进粒子群算法的数控加工参数优化研究

为优化数控加工参数,提高数控机床加工性能,研究改进粒子群算法的数控加工参数优化方法,设置最低生产成本以及最高生产率为数控加工参数的优化目标,利用协调系数将多目标优化问题转化为单目标优化问题建立目标函数,设置切削速度、进给量约束、切削进给力、切削功率、切削转矩约束、表面粗糙度要求为约束条件,采用惯性权重值适应性递减方法改进粒子群算法,令惯性权重随粒子群进化适应性提升,采用改进粒子群算法快速寻找数控加工参数目标函数最优值,实现数控加工参数优化.实例分析结果表明,该方法可有效优化数控加工参数,满足实际加工需求,优化后的实验数控机床加工性能佳.     

基于改进粒子群算法的四足机器人机体尺寸及质心位置优化

以四足机器人为研究对象,提出了一种通过改进粒子群算法来优化机体尺寸和质心位置,从而提高其稳定性的方法.为建立优化性能评价指标和设计变量,建立机体动力学模型,分析了不同质心位置对于其稳定性的影响;将机体最大翻转角最小作为性能评价指标,机体尺寸和质心位置作为优化设计变量,通过改进的粒子群算法和理想点法进行优化,最终得到一组...     

区域微电网群两级能量调度策略优化研究

针对现阶段微电网能量管理技术发展趋势,在满足其内部经济调度的基础上,还需要关注微电网间的能量互补机制。对并网型区域微电网群提出了一种两级能量优化调度模型。引入条件风险指标(CVaR)衡量可再生能源与负荷预测误差对调度方案造成的影响,结合微电网运行收益,作为微电网内部能量调度的优化目标;采用多目标粒子群优化算法(MOPSO)进行求解,研究收益风险比作为优化调度策略的筛选指标,提出微电网内部能量优化调度策略;以区域微电网群公共并网点有功功率梯度变化最小化为前提,获得最佳微电网净功率组合方案,由此平抑微电网群对配电网造成的功率波动;考虑电力传输距离制定了微电网间净功率互补机制,提高功率传输效率。算例仿真结果表明,该模型能够合理实现微电网内与微电网间经济运行与功率平衡,为微电网群日前调度计划提供了有效设计流程。