基于多目标遗传算法的虚拟人作业姿态仿真

针对虚拟人作业姿态仿真操作复杂和仿真所得姿态逼真性不足的问题,提出一种基于多目标遗传算法的虚拟人作业姿态仿真方法。建立了作业环境中虚拟人的人机因素目标函数与姿态参数的映射关系,在此基础上构建了面向虚拟人作业姿态仿真的多目标优化问题。通过多目标遗传算法计算得出该虚拟人作业姿态参数优化问题的Pareto最优解集,根据各人机因素权重对解集排序并挑选最优值对应的姿态参数方案作为最佳姿态解。仿真结果表明,该方法可以生成自然逼真的虚拟人作业姿态,在多样化的作业环境下表现出良好的适用性。     

虚拟人维修动作混合驱动技术研究

针对现有虚拟维修系统中维修指令人机工效评估效率低下、准确度不高,不能满足复杂装备维修性并行设计的需求,研究了基于全局可接近性锥GAC的维修工具最优匹配方法、基于遗传算法的虚拟人运动精度优化控制技术、基于功能约束的精细维修动作建模技术和基于实时捕捉数据与模型混合驱动的虚拟人运动控制机制。开发了虚拟人维修系统,验证了方法的有效性。     

面向家电产品的人机工程设计与检测技术研究

结合家电产品的人机工程学特点,对人机工程设计与检测技术进行了研究.依据传统的虚拟人体建模方法,提出了一种虚拟人快速几何建模方法.运用反向运动学知识,构建了虚拟人的运动学模型,并结合关键帧动画和人体姿态库实现了虚拟人的人机工程仿真.基于人体测量学人机数据库和碰撞检测算法,实现了虚拟人的舒适度、视域和可达域检测与评价.最后通过人机检测系统的实现验证了算法的可行性,对设计师进行人机设计和工程仿真分析有辅助作用.     

维修性可达性设计中的人体手臂控制

可达性是机械产品维修性的主要指标,在设计阶段对产品进行可达性分析是维修性设计的重要内容。通过虚拟人手臂的维修动作仿真,结合碰撞检测对产品的可达性进行分析。采用D-H法建立了手臂简化运动学模型;基于粒子群算法对手臂姿态进行逆解运算;最后对Delmia进行二次开发,实现对人体手臂的运动控制,并对拆卸曲轴螺钉这一具体维修任务进行仿真验证,取得良好效果,证明本文方法的有效性。     

基于图像识别的航空姿态指引仪故障检测系统

对于航空姿态指引仪的维修，仅靠人工目视检测效率低下，为了解决该问题，研究出一种基于Hough变换和改进的AlexNet卷积神经网络的图像识别算法。通过分析处理和识别分类指引仪表盘图像的特定区域，及时检测出指引仪倾斜角和俯仰角的指示情况。实验表明，以该算法为核心的故障检测系统，能够较准确地判断指引仪是否存在故障或是否符合维修标准，检出率在90%以上。由于该系统的应用，机务维修人员可以远程诊断航空姿态指引仪的故障，高效完成维修工作。     

基于多Agent的Job Shop调度方法研究

针对Job Shop调度问题，提出基于多Agent的车间调度模型，实现调度甘特图的自动生成。在此基础上，设计了多Agent分组协作机制；实现了多目标优化调度，提高了调度优化算法的实用性和优化效果；分析了车间调度中各类干扰因素的特点，实现动态调度，提高了系统的适应性和健壮性。最后给出了实例验证。     

机器人多指滚动操作的协调运动生成

分析了多指手操作基于运动学速度控制方法和主从规划方法的缺点,指出这些方法都不是真正的协调运动规划方法。通过引入最优抓取所确定的抓取姿态集合约束和衡量抓取质量指标的函数,为多指操作提出了一协调运动生成算法。当初始的抓取姿态是最优抓取时,算法协调各手指运动保持抓取最优,当初始的抓取姿态不是最优抓取时,通过定义抓取质量指标,算法生成手指运动优化抓取姿态。应用ＨＫＵＳＴ多指灵巧手验证了生成算法。     

六足仿生机器人的平稳姿态调整

实现机器人机体姿态的平稳调整是足式机器人作为移动平台完成物资搬运等作业时的重要目标之一。本文通过分析六足机器人姿态的影响因素,研究目标姿态的可调整范围,建立了支撑腿关节与机器人机体姿态之间的动态映射关系,提出了针对六足机器人目标姿态的平稳调整方法。通过仿真验证了有效性。     

基于嵌套粒子群结构的复杂系统维修决策优化方法

针对复杂系统的多维修人员定期检修策略，考虑维修人员数量对系统维修成本及停机时间的影响，提出一种两层嵌套粒子群结构的复杂系统多目标维修决策优化方法。该方法利用底层粒子群算法求解维修任务排序的并行调度问题，得出检修节点的最小化最大维修时间，再通过顶层多目标粒子群算法，对系统可靠度、可用度及维修成本模型进行搜索优化，得到该三目标模型的Pareto前沿解集，并分析前沿粒子在三个目标的平衡关系，推荐出最优的维修方案，通过算例验证了该方法的可行性。所提方法在有效地提高系统可靠度和可用度、降低维修成本的同时，还可以为决策者对组件维修等级的确定、维修人员任务的分配等问题提供决策支持。     

虚拟人动作编辑器关键技术研究

针对现有虚拟人运动生成技术的不足,采用关键帧技术,捅值算法,三维空间中模型的拾取算法,开发出虚拟人动作编辑器系统。该系统可实现虚拟人在虚拟环境中各种动作仿真,现已成功应用于某城市列车驾驶模拟仿真器的视景仿真系统。     

基于UNITY交互式虚拟维修仿真系统的研究

基于UNITY强大的虚拟仿真功能和便捷的交互性,在UNITY虚拟仿真平台下,通过与KINECT的交互接口设计,实现在虚拟维修环境下对虚拟人的运动控制,以虚拟人来进行相关部件维修操作。结合维修过程分解的思想并引用维修动素概念,通过设计维修动素类的时间方法来实现在虚拟维修系统中对航空设备维修性时间参数的分析与估计,为产品研制阶段并行开展维修性定量分析提供了方法和思路。     

狭小空间虚拟人手臂装配运动规划及智能寻优

针对虚拟人在狭小空间内进行装配拆卸操作仿真时手臂运动路径规划求解难、姿态不自然的问题,提出一种运动学与动力学相结合的分层求解优化方法。将七个自由度的手臂无碰撞运动路径规划问题分成虚拟手和手臂两个层级,即虚拟手无碰撞运动路径规划采用bi-RRT(双向快速扩展随机树)算法;手臂运动路径规划采用基于肘圆的逆向运动学的分段规划方法。基于多刚体系统动力学模型,以最大关节舒适度为指标对手臂运动路径进行寻优。雷达天线转台虚拟人装配操作仿真实例表明,上述方法可以提高狭小空间的手臂操作路径生成效率,并可提高手臂关节的舒适度。     

肘关节康复机器人机构设计及其运动学分析

现有研究中针对肘关节康复运动的机构设计几乎均采用串联机构作为机构本体,普遍存在精度低、运动惯性大、容易造成肘部肌肉的损伤等问题。鉴于此,本文设计了一种可实现肘关节二自由度康复运动的(2-PRR-S) R-PRCR并联机器人机构;并使用旋量理论验证了机构的自由度特性。利用空间几何分析法推导出机构位置逆解与位置正解表达式;进而给出了机构的雅克比矩阵,然后结合雅克比矩阵分析了机构的奇异位形。依据机构的约束条件,确定了机构的初始姿态工作空间;以最大化姿态工作空间为优化目标,并采用遗产算法对机构进行了尺度优化。基于人体肌肉运动机理,分析了肘关节康复运动时的训练效果,验证了所设计的并联机构的适用性,为后续肘关节康复训练策略的研究奠定了基础。     

带工程约束的点匹配算法

在基于三维测量点的刚体姿态计算中,刚体的最佳姿态往往需要让刚体的某些关键点满足约束要求。以往的点匹配算法从不考虑原始测点带有工程约束的问题,获得的姿态参数不能满足工程实际的需要。介绍一种带工程约束的点匹配算法,该算法利用多目标优化模型,把两点对称、多点在同一平面上、多点在同一直线上等工程约束引入到点匹配的优化目标函数中,利用牛顿非线性最优化方法求解6个姿态参数。利用权值矢量实现对多个约束进行同时控制的误差分配求解,为带工程约束的刚体最佳姿态计算提供一套有效的解决方案。     

融合能耗指标与安全因子的移动医疗机器人通用路径规划

考虑在突发重大公共卫生事件期间存在的医疗物资搬运工作强度大、交叉传播风险高等问题，提出一种节能、安全且通用的移动医疗机器人无碰撞路径规划方法。首先，通过建立某方舱医院栅格地图环境模型，表征机器人自主移动过程的能量消耗指标，改进A^*算法原始搜索方向，构建了一种计及能量因素的邻接矩阵优化策略。然后提出一种邻接矩阵权值算子，融合权值算子和安全避障惩罚因子到A^*算法的估价函数中。同时，提出一种基于三次连续贝塞尔曲线的路径平滑方法，用于方舱医院栅格地图中生成曲率连续的平滑路径。仿真结果验证了所提方法的适用性，相较于传统路径规划方法，该方法具备节能性、安全性和平滑性特征，有效降低了医疗运输成本。     

基于改进粒子群算法的供应商参与可靠性设计优化

研究供应商参与下的汽车产品子系统可靠性设计的优化问题,考虑供应商参与产品设计的可信度因素,建立以最大化系统的可靠度和供应商的可信度为优化目标的多目标数学规划模型。通过加权的方法把多目标优化模型转化为单目标非线性整数规划模型。采用粒子群(Particle swarm optimization,PSO)算法进行求解,提出适用于“零部件—供应商”关系的离散粒子编码方法。设计带有自适应动态惩罚项的适应度函数,把优化问题转化为无约束优化问题,并将粒子的搜索范围扩展到近可行解空间,进而较好地改进了算法的搜索速度和收敛性能。以某中级轿车传动系统零部件可靠性设计的优化问题为实例,进行仿真研究,应用质量功能展开和模糊评判的方法生成了零部件的权重和供应商可信度初始数据值,仿真结果验证了所提出PSO算法的实用性和有效性。     

一种双足机器人变结构控制的ZMP补偿优化方法

针对双足机器人系统,设计了一种变结构轨迹跟踪控制器。基于双足机器人系统ZMP(zero moment point)方程和实际ZMP信息,提出一种ZMP补偿优化方法,通过在线实时调整机器人躯体重心竖直方向上的位置来补偿回复稳定姿态所必需的力矩,最终产生修正的ZMP轨迹。12自由度的双足机器人动力学仿真验证了所提出优化方法的鲁棒性和适用性,而且机器人能在一定范围外力的干扰下回复稳定姿态步行。     

两轮式随动支撑装置轨迹生成算法优化及编程实现

两轮式随动支撑装置应用在复合材料自带铺放设备中,以防止铺放过程中构件产生过大的挠性变形。根据两轮式随动支撑装置的工作原理和支撑轮轨迹生成算法,采用VB6.0对算法进行了编程实现。着重阐述了编程实现中对原算法的优化改进、DXF格式文件读取、点序的判断方法及运动仿真功能的开发。选取圆、椭圆和小鹰500机身芯模三种不同截面形状构件进行了实验验证,并分析了影响误差大小的因素。实验结果表明,该软件生成的支撑轮运动轨迹数据,误差大小合理,能够满足工程实际运行要求。     

面向大曲率曲面的喷涂机器人喷枪轨迹规划研究

为提高机器人喷涂大曲率曲面的效果,首先基于曲面特性建立大曲率曲面数学表达模型,对其进行分片造型,并生成面片喷枪轨迹,最后建立优化目标函数实现轨迹优化;为了解决大曲率曲面分片后面片间的轨迹组合问题,降低算法中参数的使用,消除相应的除梯度信息,运用粒子群优化算法的思想,制定了算法程序技术路线,并依此编写了优化喷枪轨迹的算法程序。实验证明了该算法的高效性和适用性,达到了提高大曲率曲面喷涂效果的目的。     

维修任务操作中人体手臂的舒适度分析

针对目前民用飞机的人机操作舒适度分析不全面，从人员维修时手臂的舒适度问题出发，提出维修任务操作中的人体手臂舒适度分析方法。首先，该方法用粒子群优化算法搜索关节角度使其偏离自然状态下的角度值最小，并在适应度函数中加入可视性和可达性约束条件，以确定手臂维修姿态。其次，采用NASA力量模型作为关节力矩舒适度模型，并建立7自由度手臂力学模型，用Kane方法推导出手臂关节受力表达式，求取了操作过程的关节力矩，后导入NASA力量模型中获得关节力矩舒适度值。最后，在虚拟仿真平台上以拆卸C919前勤务舱门的某一螺栓以验证方法有效性。