机械臂关节空间轨迹的时间最优智能规划研究

针对机械臂关节空间轨迹的时间最优规划问题,提出了基于膜计算-粒子群算法的轨迹规划方法。建立了机械臂关节空间轨迹规划模型,使用3次样条曲线构造了轨迹基元函数。提出了膜计算-粒子群算法,通过设计处理器处理膜传递的信息,通过算法淘汰机制、吞并机制和信息交流机制实现膜间合作,膜内根据不同算法原理各自进行速度和位置更新,最终通过膜计算将多种粒子群算法优势进行融合。经测试函数测试,相比于其他粒子群算法,膜计算-粒子群算法具有最高的搜索精度和最快的收敛速度;同时使用多作用力粒子群算法和膜计算-粒子群算法进行轨迹规划,膜计算-粒子群算法规划的机械臂耗时比另一算法减少了23.99%,充分证明了膜计算-粒子群算法在轨迹规划中的优越性。     

基于分数阶PID算法的磁流变液柔顺关节控制研究

为了使机器人关节具备主动变刚度特性,基于磁流变液的可控流变特性设计了一种新型机器人柔顺关节,并提出基于分数阶PID(PI~λD~μ)控制算法进行磁流变液柔顺关节的动态扭矩跟踪控制,采用频域设计方法,通过期望截止频率和相位裕量推导出理想Bode传递函数状态下的PI~λD~μ控制器设计参数,建立了基于PI~λD~μ的控制系统。设计了磁流变液柔顺关节实验平台,并且基于LabVIEW图形化编程语言开发了控制软件系统,分别进行了基于PI~λD~μ和整数阶PID动态扭矩跟踪控制实验,实验结果证明,PI~λD~μ控制算法对基于磁流变液设计的机器人柔顺关节具有较好的动态扭矩跟踪控制作用。     

非结构环境下机械臂各关节自动控制系统设计

为了使机械臂给工业企业带来更多利益,以智能化、低成本、小质量和高安全性能为目的,设计非结构环境下机械臂各关节自动控制系统。依据系统性能设计标准,为机械臂的肩膀、手肘和手腕处分别分配2DOF的自由度,给出机械臂D-H参数,并为各关节设计合适的电机来实现机械臂运动。在系统的FPGA中写入控制算法,使用主控芯片对不同关节处FPGA的控制算法进行融合,确定机械臂运动方案并下达控制指令,通过构造2.5D环境地图感知非结构环境,完善控制指令。从实验结果中可以看出所设计系统的关节轨迹优化能力强。     

计入关节摩擦的空间桁架结构动力学建模及共振分析

关节非线性对大型可展开空间桁架结构整体动力学特性有着重要影响.将关节模拟为具有六个方向刚度且其中任意方向可含有非线性特性的弹簧系统,研究了空间桁架结构非线性动力学建模与共振分析方法.采用双线性滞回模型模拟关节的摩擦特性,基于描述函数法得到了关节等效刚度和等效阻尼的解析表达式.在对两端含非线性关节的桁架构件进行动力学缩聚...     

基于闭环矢量法的六足机器人关节位姿研究

设计出了一种新型的三自由度缩放式的并联机构,并把该机构作为六足步行机器人的腿机构.采用闭环矢量法求解腿机构运动位置的正运动学问题,用MATLAB软件编写函数来求解腿机构的最大腿行程和最大抬跨高度/研究表明,原动件较小的位移可以获得较大的足端运动空间.     

涂胶机轨迹插补器开发

采用二自由度平面机器人结构作为涂胶机的基本结构，对二自由度平面机器人结构进行了研究。介绍了二自由度平面机器人运动的正向和反向求解。研究了直线和圆弧轨迹的插补算法，开发了适合二自由度关节型机器人的轨迹插补器。     

人手食指运动学建模

通过分析人手解剖学结构和观察人手运动特性,提出如下观点：（1）食指指掌关节具有两个轴线垂直相交的旋转自由度,两轴线相对于手掌不同的排列顺序对应于两种不同的运动学模型,指掌关节只能是其中的一种;（2）食指指掌关节的两个自由度在运动极限位置具有相关性．通过实验测绘出人手食指的工作空间形状,将之与两种可能的食指运动学模型对应的工作空间相比较,判别出指掌关节的真实运动学结构,并验证了指掌关节极限位置上两个自由度运动相关性．在上述工作基础上建立了符合人手实际结构的手指运动学模型．     

双平面导航机器人系统在不同骨科适应症中的应用研究

从双平面定位算法和模块化导航机器人两方面阐述了双平面导航机器人系统．该系统通过对映射算法和导航机器人结构的调整,来适应不同的骨科适应症．本文从工作空间、投影模型、定位算法、临床实验及评价指标等方面介绍了双平面导航机器人系统在胫骨髓内钉、股骨髓内钉、股骨颈空心钉和骨盆骶髂关节螺钉这四种不同的骨科手术适应症中的应用研究情况．     

中低速磁浮车辆侧向通过道岔动力学性能影响因素分析

为了探究中低速磁浮车辆侧向通过道岔时动力学性能的影响因素,采用UM软件建立了中低速磁浮车辆-侧向位道岔耦合动力学模型,车辆动力学模型中详细考虑了支承台、迫导向机构、电磁铁横向滑橇以及主动控制的PID悬浮控制系统,同时建立了考虑主动梁、从动梁、角平分装置以及F轨的磁浮道岔有限元模型。采用长沙磁浮快线提速试验数据验证车辆动力学模型后,对比分析了10 km/h速度工况下角平分装置以及滑动支承台行程对于磁浮车辆侧向过岔时系统动力学响应的影响。仿真结果表明,若道岔连接处未设置角平分装置,系统响应将整体增大,其中车体前端横向加速度幅值增大约40%。扩大滑台行程30 mm后,系统的横向响应明显减小,电磁铁横移量减小10.70 mm,可较为有效的避免磁轨机械接触以及悬浮失稳等情况。综合考虑磁浮车辆侧向过岔的动力学性能,在道岔连接处设置角平分装置可有效提高车辆运行时的平稳性与安全性,同时在实际情况允许下可增大滑台行程进一步优化侧向过岔时的系统响应。     

数字全息光电再现实像与人的交互

为了提高交互的自然性,提出用正交双目摄像机检测空间中的手指作为输入,引导全息影像显示的交互方法.在介绍交互原理的基础之上,分析了手指运动和像的变化,建立了两者的映射关系.在交互的实现上,通过计算全息预先得到场景的数字全息图序列,然后根据检测到的手指信息加载相应的全息图进行光电再现,即可达到数字全息光电再现实像的动态交互显示的效果.最后,孔雀全息再现像与人的交互实例验证了提出方法的有效性和可靠性.