基于多目标粒子群优化算法的斜尖柔性针穿刺路径规划

针对斜尖柔性针在复杂环境下由入针点到达病灶位置的穿刺路径问题,提出一种基于多目标粒子群优化算法(MOPSO)的路径规划方法.对软组织内柔性针运动学模型进行分析,构建控制量与柔性针穿刺路径的关系;分析障碍物约束,建立障碍物约束的数学描述;然后,根据穿刺术的要求将穿刺精度、穿刺危险性和穿刺路径长度作为柔性针穿刺优化目标,将柔性针穿刺路径规划问题转化为多目标优化问题;建立了相应的多目标优化问题的数学模型,使用多目标粒子群优化算法对模型进行优化求解.最后通过仿真实验证明了所提方法的有效性,并仿真分析了穿刺路径的在线修正问题.     

一种基于谐振与抗谐振特性的柔性关节参数辨识方法

为了获取柔性关节精确的物理参数,提出了一种基于系统谐振与抗谐振特性的参数辨识方法.首先建立柔性关节的数学模型,利用该模型推导柔性关节的谐振、抗谐振频率特性与待辨识参数的数学关系,然后基于此关系建立误差回归模型,设计实验采集不同负载条件下的输入与输出数据,计算得到系统的谐振、抗谐振频率及幅值,代入回归模型并基于最小二乘法求解参数.最后,通过仿真与实验将本文方法与一般的频域特性拟合方法进行对比,结果表明在含有噪声的情况下本文方法将参数辨识平均精度从75.34％提高到90.35％,方差从25.34％降低到8.07％,验证了所提方法的可行性与有效性.     

路网约束下异构机器人系统路径规划方法

由无人机(Unmanned aerial vehicles, UAV)和地面移动机器人组成的异构机器人系统在协作执行任务时,可以充分发挥两类机器人各自的优势.无人机运动灵活,但通常续航能力有限;地面机器人载荷多,适合作为无人机的着陆平台和移动补给站,但运动受路网约束.本文研究这类异构机器人系统协作路径规划问题.为了降低完成任务的时间代价,提出一种由蚁群算法(Ant colony optimization, ACO)和遗传算法(Genetic algorithm, GA)相结合的两步法对地面机器人和无人机的路线进行解耦,同时规划地面机器人和无人机的路线.第1步使用蚁群算法为地面机器人搜索可行路线.第2步对无人机的最优路径建模,采用遗传算法求解并将无人机路径长度返回至第1步中,用于更新路网的信息素参数,从而实现异构协作系统路径的整体优化.另外,为了进一步降低无人机的飞行时间代价,研究了无人机在其续航能力内连续完成多任务的协作路径规划问题.最后,通过大量仿真实验验证了所提方法的有效性.     

面向水下抓取作业的复合腔体仿生软体手设计

水下机械手在水生物采样、考古打捞等水下作业中起着关键作用,而现有水下机械手存在耦合安全性差、适应性弱及抓取不稳定等问题,使得作业效果并不理想。针对以上问题,本文开展了新型水下软体手的设计与研究。首先提出了具有密封管结构的复合腔体仿生软体驱动器,基于该驱动器设计出一种三指包络型水下软体手;硅胶材料的弹性和流体的可压缩性能够保证目标物的无损抓取,密封管结构可提高深水高压适应能力,保持腔和弯曲腔的复合结构及指纹、指甲的仿生结构提升了软体手耦合适应能力。利用基于Yeoh模型的有限元分析方法及注塑、3D打印等加工技术对软体手进行了结构优化和制作。设计了一套具有较高精度的水压驱动系统来提高软体手耦合稳定性。最后,针对影响机械手水下作业能力的重要因素,模拟相应实验场景对软体手进行了实验测试,实验结果显示软体手纵向抓取力达到26 N,驱动深度可达3000 m,较现有水下软体手均有较大提升;水下目标物抓取测试及与传统水下刚性手的对比实验证明了所提出软体手具有稳定的抓取性能和更好的适应性及安全性,适用于水下目标物的无损抓取作业。     

面向智能假肢手臂的生机接口系统与类神经协同控制

针对肢体残障患者的假肢控制问题,搭建了一种基于s EMG（表面肌电信号）的智能假肢手臂系统,实现手臂残障程度较高患者的手-肘协调控制。首先,基于肌肉协同理论,使用非负矩阵分解（NMF）方法提取肌肉协同作用,并进行手部动作识别以及肘关节的连续运动估计。其次,基于意图识别结果构建“前馈-反馈”控制框架,对受试者进行前馈监督与反馈检测;根据前馈-反馈结果调整期望的控制输入,提高假肢系统的舒适性与鲁棒性。然后,针对手部动作,构建一种自适应调整抓握力度的框架,通过力、位信息交替控制,实现不同刚度、不同形状物体的自适应抓握;对于肘部运动,设计一种基于识别结果的阻抗控制算法,实现手-肘一体化假肢的稳定的人机交互控制。最后,由6名健康受试者、1名手臂残障受试者对以上控制策略进行实验验证,对手臂整体运动实现了较为准确的意图识别,同时也完成了稳定的肘部屈伸以及手部抓取,做到了手-肘的一体化协调控制。最终该套系统在北京2022年冬残奥会实现了应用展示。     

基于反馈线性化的无人直升机航向控制

本文着重解决小型无人直升机航向自适应控制问题．通过求非线性函数导数,把原始系统扩展为一个带有伪状态变量的新系统．这种方法不必求解非线性函数的逆,并且降低了计算量．证明了该方法的稳定性．针对实际模型直升机实验平台航向动力学模型,仿真结果表明了该方法的有效性．     

帕金森病康复机器人研究综述与展望

总结了目前帕金森病康复机器人的研究现状，并探讨了相关技术的未来发展方向。首先，通过与脑卒中对比，重点介绍帕金森病的病理特点、运动症状、康复机理和治疗原则。然后，从上肢运动康复、下肢运动康复、震颤抑制以及病情评估等4个方面对目前帕金森病康复机器人及相关技术进行综述。进而，讨论分析了现有研究的局限性，并对机器人辅助帕金森病康复技术进行展望。特别指出，基于帕金森病的病理特点和康复机理，需要着重突破“脑—肌—肢”协同的专病康复技术。     

汽车翼子板凹坑问题的研究

从问题确定开始,使用AutoForm软件、蓝油研合试验、强压等方法寻找汽车翼子板凹坑问题的真正原因,再进行真因验证,最终确定整改模具的方法,整改完成后翼子板凹坑问题得到解决.     

卫星通信行波管发展现状及趋势

卫星通信是人类重要的通信方式,人类不断增长的通信需求不断促进卫星通信的发展。本文根据卫星通信的特点简要介绍了广泛应用于卫星通信中的空间行波管和地面通信行波管的现状及发展趋势。     

气动人工肌肉拮抗关节的力与刚度独立控制

针对柔性仿生关节难以实现力与刚度独立控制的问题,建立了一种新的气动人工肌肉等效弹簧模型及关节力和刚度模型,设计了一种双输入双输出滑模控制器,来实现对气动人工肌肉拮抗关节力与刚度的独立控制．最后,搭建了气动人工肌肉驱动的拮抗关节实验平台,在关节位置固定和开放两种状况下进行了实验研究,验证所提方法的有效性;在不同负载情况下进行了对比实验,验证所提方法的通用性．所提出的建模和控制方法综合考虑了仿生关节位置、力和刚度相对独立控制,在机器人与人或环境互相作用的场合有很好的应用前景．