遥操作工程机器人系统临场感技术研究-6自由度临场运动感觉反馈技术的研究进展

 研究开发出一种遥操作工程机器人系统，可以应用于诸如火灾现场的修复作业等广阔的领域．该系统由伺服控制的工程机器人、2根从远处操纵工程机器人的操纵杆、视频系统和6自由度运动模拟器组成．操作者坐于座椅上，座椅固定于运动模拟器的上方． 该系统需要解决的一个关键问题是如何使操纵者高质量地获得工作现场的临场运动感觉． 提出了一种6自由度临场运动感觉反馈方法，其信号源来自工程机器人上安装的6个加速度传感器． 该方法的有效性已为实验所证明，即应用6自由度运动模拟器不但可以高质量地模拟工程机器人单个自由度的运动：滚动、俯仰、转动以及前后、左右、上下的平移，而且可以高质量地模拟工程机器人的各种复合运动．     

重型车辆双路制动液压系统性能仿真

对重型车辆电液伺服控制双路制动器系统进行了分析与设计。采用电液伺服控制的双联制动阀控制双腔制动油缸的双路制动方案,实现车辆的行车制动和紧急制动。通过分析制动器系统各组成模块和连接管路对制动性能的影响,建立了制动器系统的非线性数学模型。应用MATLAB/Simulink对系统的双路行车制动性能进行了仿真研究,验证了设计方案的合理性。台架试验表明:所设计的制动器液压系统的性能达到了设计要求。     

并联式混合动力装载机的参数匹配

为提高混合动力装载机的节能效果,提出了一种针对并联式混合动力装载机动力系统参数匹配的方法。分析了混合动力装载机系统结构、工况特点及控制策略,提出了优化目标函数及约束函数。对某5t混合动力装载机的主要元件进行了参数匹配,在此基础上利用粒子群优化算法对传动系统参数进行了优化。仿真研究结果表明:参数匹配后系统装机功率和油耗降低、效率提高。经优化后的系统油耗更低。     

工程车辆等比三段式液压机械的复合传动

针对目前工程车辆液力机械传动换挡过程中存在的传动比不连续的问题,提出了一种新型的等比三段式液压机械复合传动系的方案,并对其速度特性、动力性、经济性等进行了分析。对比分析液压机械复合传动与液力机械传动的结果表明,液压机械复合传动系统能够自动调节变量泵倾角,实现发动机与动态负载的匹配,传动系统的经济性和动力性均得到了改善,动力特性曲线光滑、平缓,对于改进工程车辆传动系的性能具有重要的现实意义。     

图形机械手碰撞检测简化算法

参考较为成形的基于包围盒层次的碰撞检测算法,针对本系统液压伺服机械手的特有结构,采用一种简单易行的线面关系、面面关系算法来实时处理图形机器人与待操作对象的精确碰撞检测,最后通过实验验证了该算法的有效性。结果表明:所提出的碰撞检测模型具有计算量小,速度快以及易于编程实现等优点。解决了遥操作工程机械手的在线实时仿真问题,可以较好地应用于简单的虚拟现实系统。     

液压挖掘机功率匹配节能控制系统

将发动机、变量泵、控制阀、负载作为一个系统,分析了该系统各环节匹配的原理和方法。以泵出油口压力为依据,实现了动力系统 工况的自适应控制;以转速传感控制方式实现了发动机 泵的功率匹配;以变量泵出口流量为依据,由微机控制调节多路阀阀口开度,实现了负载 泵的功率匹配。克服了以往单纯采用压力或转速控制方式的不足,并采用模糊算法在线实时调整PID控制参数,实现了自适应节能控制。     

基于最小二乘支持向量机的混合动力挖掘机负载功率预测

为实现液压挖掘机并联式混合动力总成与负载功率的精确匹配,在对变量泵工作原理分析的基础上,提出基于最小二乘支持向量机(LS-SVM)算法的双联式恒功率变量泵功率预测模型。以液压挖掘机实际挖掘作业时采集的载荷谱作为训练样本,以泵出口压力、负流量控制压力和极限载荷控制压力作为训练模型的输入,以泵的排量作为输出建立模型,从而使模型对于作业环境具有更好的适用性。用网格搜索和交叉验证的方法对LS-SVM的参数进行了优化,研究结果表明该模型具有良好的预测精度和泛化能力。     

激光通信组网用捕跟机构设计

针对激光通信组网对多目标捕获和跟踪的需求,提出了一种基于旋转抛物面的多反射镜拼接式新型捕跟机构。首先探讨了激光通信组网的工作原理和过程,完成了捕跟机构设计,建立了反射镜驱动机构扫描捕获和跟踪两个阶段的运动学模型,并对模型进行了仿真,在此基础上,构建了室内原理试验系统,对捕跟机构的跟踪精度和交接效果进行了测试。测试结果表明：系统最终跟踪精度为22.14μrad（1σ）,交接过程中通信无误码,因此,本捕跟机构能够实现方位角范围360°、俯仰角范围30°一点对多点同时激光通信的要求。     

具有力觉临场感的遥操作操纵器关键技术研究

具有力觉临场感的遥操作操纵器是主、从遥操作系统重要的人机接口,它可以向远端从机械手传送位置、姿态、速度和力等多种信息,同时可以接收从机械手的力/力矩等信息,为操作者提供力觉临场感。其性能直接影响遥操作系统的透明性、稳定性,提供有效的力觉反馈是其研究、设计的关键。对力觉临场感操纵器设计中位置控制精度、操纵器的动态特性、操纵器的各向同性、稳定性、人体工程学指标等方面的性能要求进行了分析,对其结构形式、各向同性与结构非奇异性等结构设计方面的问题进行了研究,对各种驱动方式的特点进行了比较,并对检测与控制系统结构对于系统性能的影响进行了研究。研究表明,在结构设计时,采用机械上解耦、运行过程中惯性保持不变的机械结构,将使控制算法简化。研究结果对于该类装置的研究与开发具有借鉴作用。     

改进的工程机器人立体视觉标定方法

针对摄像机线性标定准确程度不高与非线性标定计算复杂等问题,以己知的三维信息为基础推导二维像素点对信息,提出了基于神经网络的三目立体视觉摄像机标定方法,构建了改进的BP神经网络模型,对比分析了两种摄像机标定方法的像素点对均方根误差。结果表明:采用改进的BP神经网络能够避免对摄像机进行非线性建模,有利于提高标定精度,增加系统的灵活性,更具有实际意义。