基于四元数和B样条的机械手平滑姿态规划器

为实现机械手作业姿态的平滑调整,提出一种平滑姿态规划器.采用四元数代替传统的齐次变换矩阵描述机械手姿态,推导了两者之间的转换关系.通过四元数球面立体插值,生成过关键姿态且平滑的姿态轨迹.按机械手终端定位精度将其离散化,逆运动学解算后得到关键关节位置,并以五次B样条曲线插值方法生成启停平稳且脉动连续的关节轨迹.试验结果表明,提出的规划器使机械手姿态调整平滑且关节运动平稳,有效解决了平滑姿态规划问题,提高了机械手轨迹跟踪精度.     

计及柔性的移动机械手动力学建模现状与展望

针对柔性移动机械手动力学建模的问题,介绍了常见的基于Lagrange方程的方法、Kane方法、旋转代数法和Newton-Euler方法等,对于各种动力学建模的方法进行了分析对比,指出了各种方法的优缺点,揭示了不同建模方法存在的问题.根据不同的应用背景,进一步明确了在考虑系统柔性的前提下,移动机械手动力学建模的关键技术和发展趋势,这对包含柔性体在内的多体系统,尤其是空间多体系统和复杂机构的分析控制有一定的参考价值.     

弱刚性平面机械手运动规律的优化

分析了具有弱刚性特征的平面机械手的运动规律，提出了以工作点加速度的局部变化幅值为目标函数的优化方法．通过实例下的仿真研究，得到令人满意的结果．     

柔性吊桥悬索的几何非线性计算方法

本文简述了悬索的几何非线性性质和柔性吊桥的计算方法。提出了可以同时考虑悬索弹性伸长、温度影响等因素的试算法。对柔性吊桥的的常用活载,编成程序中微型计算机上约10分钟可求解,适于设计人员使用。     

捷联惯导系统姿态更新旋转矢量算法的优化研究

姿态更新算法是捷联惯导系统的主要算法,其涵盖了欧拉角法、四元数法、旋转矢量算法等几种类型,此种计算方法在应用过程中凸显出可实现不可交换误差补偿的特点,即利用陀螺角增量输出理念达到不可交换性误差补偿目的,并逐渐将其引入到实际工程领域中,满足工程开展需求,且透过关键算法获取相应的数据信息。本文从四子样旋转矢量估计分析入手,并详细阐述了旋转矢量系数优化的具体方法,旨在其能推动当前姿态更新算法的不断优化。     

耦合分布螺旋桨的大柔性机翼静气弹研究

分布式螺旋桨被广泛用作为大展弦比长航时无人机提供推进动力,其载荷和滑流会改变机翼的结构和气动特性,使几何非线性效应更加突出。针对分布式螺旋桨对大柔性机翼的气弹干扰问题,在涡流叶素理论基础上,采用滑流管模型快速计算滑流对机翼的诱导速度,实现螺旋桨与机翼的耦合气动建模;在共旋转法中通过坐标系的推导与转换,实现展向分布的螺旋桨与机翼非线性结构耦合建模;结合空间梁样条插值,建立了考虑分布式螺旋桨载荷和滑流影响的大柔性机翼非线性静气弹分析框架。大柔性机翼与分布式螺旋桨耦合的算例结果表明：非线性大变形使螺旋桨拉力产生机翼结构负扭转,造成约10%的升力损失和20%～40%的静稳定裕度减小;螺旋桨滑流通过影响机翼当地流速和绕流攻角,改变了结构变形分布,带来约2.5%的升力收益和2%～8%的静稳定裕度增加;螺旋桨靠近翼根时增升,靠近翼尖时减升且越靠近翼尖影响越显著;所建立的分析方法可为分布式螺旋桨与大柔性机翼的耦合设计提供指导。     

空间飞行器的姿态和扰动抑制控制器设计

针对存在参数不确定性和外部干扰的刚性空间飞行器,采用Rodrigues参数描述的飞行器模型,利用自适应控制方法处理了参数不确定性,并且结合Backstepping和Lyapunov稳定性分析方法设计了基于内模的自适应状态反馈控制器.仿真结果验证了控制器的有效性和可行性.     

铝制品氧化过程的建模与参数优化

介绍了铝制品氧化过程工艺参数的优化。根据实际工艺过程,建立了数学模型和提高了参数优化指标,再采用下降法求解非线性方程组,此方法收敛快,精度高,计算量小,特别适合三相不平衡负载。     

基于卫星姿态敏感器和星载天线信息的联合姿态确定方法

为提高姿态估计的速度和精度,提出一种利用星载天线信息进行姿态确定的新方法。研究分析了天线接收信号中可以用于卫星姿态确定的信息,推导并建立了由误差四元数表示的天线测量残差线性模型。基于卫星姿态敏感器的测量残差模型和天线测量残差模型,组建了陀螺/红外地平仪/太阳敏感器/天线新型联合姿态确定系统,最后利用集中式测量融合滤波对卫星姿态进行估计。仿真结果表明,天线信息的引入可以显著提高姿态确定的精度,并使整个系统的收敛速度有明显提高。     

基于AutoCAD的快速原型建模方法

基于ＡｕｔｏＣＡＤ环境下探讨了快速原型建模方法，通过ＡＤＳ编程实现了自动建模和自动分层剖切过程．从几何原理和曲率变化的角度建立了自适应分层厚度计算方法，从而解决了厚度计算的理论依据．剖切截面的信息的提取与重组为快速原型制造提供了加工信息．     

基于自适应四元数卡尔曼滤波的姿态估计方法

使用四元数卡尔曼滤波器进行姿态估计的性能与加速度噪声协方差R有很大的相关性。以四元数卡尔曼滤波器递推计算的新息协方差与测量的新息协方差的差值尽可能小为条件,采用基于新息的自适应算法,在线估计加速度计噪声的协方差R,得到符合实际加速度噪声水平的卡尔曼滤波器增益K,对微小型飞行器进行姿态估计。为了减少由新息引入自适应计算的测量噪声,使用渐消记忆的方法对测量的新息协方差进行处理。仿真结果表明,基于新息的自适应四元数卡尔曼滤波器在加速度计噪声协方差R难以测量时或R变化时,相对于四元数卡尔曼滤波器能更准确地获得姿态的估计,减小了滤波器对模型参数的依赖,增加了滤波器的鲁棒性。     

基于Pro/E和Ansys Workbench的搬运机械手设计与优化

为提高企业物料加工车间的效率,本文基于Pro/E和ANSYS Workbench设计了一种物料搬运机械手。采用丝杠加滑台的组合方式控制手臂的升降和伸缩,通过气缸控制手部的张开和闭合,手指通过螺栓固定在手掌上,并可以根据零部件的需要进行更换。采用PRO/E绘制物料抓取机械手的简易模型,同时利用Ansys Workbench中的Static Structual模块对机械手手部组件进行静力学分析,得到应变位移为0.032mm,等效应力为10.03 MPa,满足强度要求。同时,采用Ansys Workbench中的拓扑优化模块,对机械手手部进行拓扑优化。优化结果表明,改进后结构质量减少了40%,强度满足设计要求。该研究为整个机械手系统的优化提供了理论依据。     

一类非线性参数化弹簧系统的设计和仿真

针对带未建模动态和扰动的弹簧模型,采用一种鲁棒自适应控制策略,仿真结果证明闭环系统的所有变量都有界,且通过适当选择设计参数可使跟踪均方误差任意小.     

多环闭链空间可展开机构力-热耦合协同优化

针对一种多环闭链空间可展开机构的力-热耦合设计问题,首先列写了展开单元机构的静力学平衡方程,完成了展开单元的静力学分析,进而根据虚功原理,求得机构在展开态下的转动刚度;然后综合考虑机构的力热性能,以杆件横截面尺寸为设计变量,以机构在太空环境下整个展开过程中的热变形小、重量轻、展开态下的基频高和转动刚度大作为优化目标,采用协同优化方法建立了多环闭链空间可展开机构协同优化的数学模型;通过数值求解,得到该机构所有杆件的横截面尺寸参数最优值．分析结果表明,优化后的机构热变形降低了约56％,展开态基频提高了约39％,展开单元的重量与转动刚度均满足设计指标．     

基于自适应蚁群算法的艾萨炉铜熔炼配料优化方法

针对艾萨炉铜熔炼过程配料优化问题,提出了基于自适应蚁群算法的艾萨炉铜熔炼过程配料智能优化方法.该方法首先分析了艾萨炉铜熔炼过程中工艺配料特点,以成本为优化目标,综合考虑工艺、质量、库存等多约束条件,采用自适应蚁群学习算法,将配料优化问题转化为在各种约束条件下的学习建模问题,借助历史配料数据进行建模,实现配料预测与优化.艾萨炉铜熔炼配料实验结果表明,提出的方法能有效降低生产成本,改进配料系统的效率,比人工方式物料配比有很大的改进.     

考虑几何非线性的新型索拱桥拱轴线优化

鉴于新型索拱桥存在明显几何非线性的力学特点,针对已有拱轴线迭代优化方法收敛性不好的问题,提出在主拱圈为两铰拱的索拱桥有限元模型基础上,进行几何非线性的拱轴线迭代优化方法,以解决考虑几何非线性的超大跨径索拱桥拱轴线迭代的收敛性问题.以跨径600 m索拱桥作为算例,验证方法的有效性及收敛性.算例结果表明,与仅考虑线性迭代相比,考虑非线性迭代后的主拱圈弯矩分布更合理,最大正弯矩小35％,最大负弯矩小17％,主拱圈应变能小23％;收敛性分析结果表明,该方法比主拱圈为无铰拱有限元模型方法收敛性能更好,不同的初始拱轴线均能收敛于稳定的结果.     

基于卡尔曼滤波和互补滤波的改进型姿态解算方法

四元数融合互补滤波通常采用三轴陀螺仪的角速度积分来获取角度,进而利用角度求得四元数,再由四元数解算出姿态角。但三轴陀螺仪由角速度积分得到的角度由于温漂、单次迭代等原因,往往偏差较大,难以消除,这就导致求得的四元数精度不够,最终影响互补滤波解算出的姿态角的精度。针对这个问题,提出采用卡尔曼滤波融合陀螺仪、加速度计的数据进行基于误差协方差最小的迭代估计,并通过对过程噪声和观测噪声的滤波,最终得到姿态角的最优估计,再将这个估计值代入互补滤波中求得四元数,利用该四元数进行误差负增益调节。本工作基于STM32F4搭建实验平台进行验证,结果表明:该改进型姿态解算方法明显地提高了姿态角的精度,具有良好的动态和静态特性。     

自适应模糊反演算法的双关节机械手控制

针对双关节机械手在控制中存在不确定性和非线性的问题,采用不依赖于系统模型的自适应模糊反演控制方法对轨迹进行跟踪,先将复杂的非线性系统简化为若干个易于处理的低阶简单子系统,再对每个子系统的李雅普诺夫函数及其中间虚拟控制量进行设计,通过子系统控制律的组合提升了控制律的设计效率.根据建立的双关节机械手的动态方程,利用Simu...     

并联系统可靠度和费用的模糊综合优化方法

针对给定条件的并联系统建立了系统可靠度与系统费用的模糊综合优化模型。模型充分考虑到目标满意度的模糊性，通过引入系统可靠度与费用的模糊满意集的隶属函数，并根据它们的模糊满意集对其正态分布、柯西分布进行适当修改，使之能够准确表达通常情况下的这两个目标的模糊满意集，最终，把两目标优化问题转化为常规单目标优化问题求解。通过典型实例应用，验证了该优化模型的正确性和实用性，较快地得到了科学合理的优化结果。结果表明，并联两台可靠度为0.95的压缩机相对于其它3种并联系统其综合满意度最高，更符合决策者的实际要求。