Fab-Union: A Collective Online to Offline Robotic Design Platform

Official architectural education in China remains very traditional and has yet to engage with the digital age. To counter this, Shanghai-based Fab-Union was set up in 2014 to establish a cross-disciplinary community – now over 10,000 strong – that is driving the emergence of digital crafts in the country. Here, its founder Philip Yuan and lead designer Hao Meng describe Fab-Union's online design platform, its offline collective design space, and its robotic factory that functions as an open research facility and fabrication workshop.     

基于分数阶微积分的机械臂迭代滑模控制策略研究

为提高工业机械臂的控制性能,将分数阶微积分理论与迭代学习控制及滑模控制相结合,提出一种有效的分数阶迭代滑模控制策略.在控制器的设计过程中,分别采用分数阶趋近律与分数阶滑模控制律两种方法将分数阶微积分引入到迭代滑模控制中,提出分数阶迭代滑模控制策略.并使用李雅普诺夫理论分析系统的稳定性.然后以一个两关节机械臂为例,通过MATLAB仿真对所提出的控制策略进行了验证.实验表明:分数阶迭代滑模控制策略可以有效提高关节的跟踪速度和跟踪精度,减小跟踪误差,具有较强的鲁棒性,并有效地抑制了滑模控制的抖振现象.     

一种弹性足式机器人腿部结构设计与分析

针对足式机器人在实现奔跑、跳跃等极限运动时,腿部会受到地面较大反向冲击力的问题,使用仿生学方法以猫科动物腿部骨骼肌系统为仿生对象,通过引入变刚度弹性杆件对闭链连杆机构进行优化设计,设计一种结构简单、能够有效储存地面反向冲击力并将其转化为运动时动能的足式机器人腿部机构;建立数学模型,对变刚度弹性元件进行定量分析,并采用矢量回路法对连杆机构进行运动学分析;建立优化前后两种单腿机构的虚拟样机,使用MATLAB软件设计控制系统,并应用ADAMS对虚拟样机进行行走、跳跃仿真,对优化前后两种腿部机构进行对比实验;在此基础上搭建实物样机,并进行实验验证。实验结果表明:所提出的足式机器人腿部结构具备可实现性,能够将来自地面的冲击力转化为运动的动能,提升足式机器人的跳跃高度。     

Deadlock-free Supervisor Design for Robotic Manufacturing Cells With Uncontrollable and Unobservable Events

In this paper,a deadlock prevention policy for robotic manufacturing cells with uncontrollable and unobservable events is proposed based on a Petri net formalism.First,a Petri net for the deadlock control of such systems is defined.Its admissible markings and first-met inadmissible markings(FIMs)are introduced.Next,place invariants are designed via an integer linear program(ILP)to survive all admissible markings and prohibit all FIMs,keeping the underlying system from reaching deadlocks,livelocks,bad markings,and the markings that may evolve into them by firing uncontrollable transitions.ILP also ensures that the obtained deadlock-free supervisor does not observe any unobservable transition.In addition,the supervisor is guaranteed to be admissible and structurally minimal in terms of both control places and added arcs.The condition under which the supervisor is maximally permissive in behavior is given.Finally,experimental results with the proposed method and existing ones are given to show its effectiveness.     

鸡枞菌锥形削根装置设计

针对鸡枞菌人工锥形削根速度慢、一致性差等问题,设计了锥形削根装置。该装置采用两个对称布置的四连杆机构,连杆刀片运动轨迹呈腰形,两个刀片的直线工作段形成圆锥包络,实现鸡枞菌根部锥形切削。装有摄像头的机械臂识别、抓取并精确控制鸡枞菌进入切削区域的深度,实现精准切削。试验结果表明:两个连杆刀片在0.8s内共进行12次作业,完成锥形切削;装置可在6s内实现1个鸡枞菌的抓取、切削、分级,不仅速度快,且一致性更好。以菇柄直径为12mm的鸡枞菌为例,对比人工削根形成的7棱、6棱、5棱和4棱锥,试验装置削根可分别减少7.5%,9.1%,13.9%,24.4%的根部浪费率。     

生物流体驱动系统及其仿生

大自然一直启发着人类在工业上的成就,仿生学越来越多地应用于流体驱动技术。对拥有流体驱动系统的生物相关研究进行了介绍,并总结了利用流体实现优美敏捷动作的机理。总结得出生物流体驱动系统的存在需要3个特征:动力源、腔体和工作介质。其中动力源类似于液压泵,腔体类似于液压缸,工作介质类似于液压油。对生物流体驱动系统的深入研究和探索,可以为解决流体驱动系统使用面临的挑战提供参考;并探讨了流体驱动系统仿生应用与未来发展的新思路,促进使用生物启发的方法,改善工程流体驱动系统。     

基于非线性微分方程的机械臂运动位置控制方法

针对当前机械臂运动位置控制方法存在机械臂关节节点位置的跟踪效果差和机械臂运动位置控制能力差的问题,提出基于非线性微分方程的机械臂运动位置控制方法。首先对机械臂动力学进行分析,获取内部三连杆结构作用原理和机械臂动力学目标函数,再利用坐标求权矩阵重构机械臂动力学目标函数,获取机械臂相关的非线性微分方程,将非线性微分方程的输出结果,即机械臂动力学参数代入 CPG 神经网络中,构建机械臂运动控制模型。实验结果表明,所提方法的械臂关节节点位置跟踪效果好、机械臂运动位置控制能力强。     

焊接柔性加工单元中熔池的实时控制

机器人焊接过程中熔池实时控制系统是焊接柔性加工单元 (WFMC)中保证良好焊接质量的一个重要子系统。文中建立了WFMC中焊接质量实时控制子系统并实现了该子系统与WFMC中央监控计算机的实时可靠通讯。在获得了焊接熔池特征参数的基础上 ,建立了焊接过程熔池正面参数和焊缝背面参数的神经网络模型。模型根据熔池正面参数可实时预测焊缝背面宽度。并设计了神经元自学习比例求和微分(PSD)控制器 ,通过调整脉冲峰值电流 ,实现了机器人脉冲钨极气体保护焊 (GTAW )过程中通过正面熔池传感对焊接焊缝背面宽度的实时控制。控制试验证明控制器可有效地对焊接过程进行控制     

基于广域测量系统的快速暂态稳定预测方法

在运用相量测量单元实测系统故障时轨线的基础上,采用一种在机器人领域广泛应用的抓球算法,对电力系统故障后预判失稳的发电机转子角进行预测.该方法分为跟踪和预测2个阶段:首先应用粒子群优化算法对跟踪阶段进行多参数优化,加快了跟踪的过程;然后利用泰勒级数展开法预测发电机的转子角.该方法无需知道系统结构的先验知识,可以提前0.5 s判断各发电机的同步性,得到足够的"可用反应时间"用于在线失稳预警或就地控制.在10机39节点的新英格兰测试系统和50机145节点测试系统上的仿真结果表明了该方法的有效性.     

面向机器人加工复杂轮廓误差控制的策略研究

针对机器人加工复杂曲面零件,提出一种面向加工轮廓误差的控制策略。通过向量的形式定义了机器人加工任务的轮廓误差,结合双向搜索、斐波那契搜索和球面线性插补算法,对机器人轮廓误差进行了估计;在此基础上通过将加权轮廓误差分量补偿到机器人任务空间的速度指令中,设计了机器人加工任务的轮廓控制策略。实验结果表明：对于位置和姿态轮廓误差,估计值与真实值的差异非常小,且与单纯的跟踪控制相比,位置和方向轮廓平均误差大约降低了30%,验证了所提加工轮廓误差控制策略的有效性。