空间碎片消旋柔性冲击末端设计与分析

根据机械冲击式主动消旋方法的特点,设计了变压力柔性冲击末端.考虑到变压力柔性末端的流固耦合作用,通过分析内部气体压力对末端刚度的影响,确定了压力阈值并展开优化设计.对柔性冲击末端与空间碎片之间的碰撞力进行了理论分析与实验研究,建立了柔性末端与空间碎片碰撞的接触模型,设计了冲击与测量实验系统,修正了摩擦模型,通过冲击实验验证模型与实验结果吻合较好,法向碰撞力和切向摩擦力模型计算误差分别小于6.7%和6.9%.研究表明变压力柔性末端设计合理有效,满足空间碎片消旋要求,对发展空间碎片捕获方法具有重要指导意义.     

基于PSD的触须传感器及在移动机器人中的应用

针对视觉传感器无法解决的移动机器人的全天候避障问题,设计了一种触觉传感系统.利用位置敏感探测器(PSD,Position Sensitive Detector)作为触须根部的检测元件,设计了一种机械结构,利用一个直接连接在触须根部并侧向出射激光的激光器,解决了触须安装困难以及安装误差对测量精度影响较大的问题;提出了两种全新的检测机器人本体与墙体之间夹角的方法,可实现机器人近墙行走,对两种方法的优劣进行了比较,最后通过实验证明了此两种方法的可行性,并对测量产生的误差进行了分析.     

基于激光位移传感器的物体表面形貌测量系统

为了对物体表面形貌进行精准的无损测量,设计了一种基于激光位移传感器的物体表面形貌测量系统,该系统由硬件部分和软件部分组成,硬件部分包括激光位移传感器、光栅位移平台、PCL833三轴正交编码计数器卡,软件部分包括数据采集软件和MATLAB数据处理程序。被测物体在光栅位移平台上按一定的轨迹移动,数据采集软件将X、Y、Z方向的离散点坐标数据进行存储,最后采用高斯滤波,由MATLAB程序对数据进行处理,并绘制被测物体的三维形貌图。     

脑外科机器人视觉伺服研究

定位精度是脑外科机器人系统一个最重要的指标.提出了利用视觉伺服提高脑外科机器人系统定位精度的方法.根据机器人辅助脑外科手术的特点,选择基于位置的末端点闭环的视觉伺服方式,提出了一种利用机器人运动信息对机器人的特征点进行视觉跟踪定位的稳定可靠的方法.针对病人体内病灶点在摄像机图像中不可见的问题,推导了脑外科机器人系统的视觉伺服控制律.采用视觉伺服的方法后,系统定位精度有了很大提高,系统定位误差主要由靶点映射误差引起,受机器人绝对定位误差的影响不大.手术过程模拟和定位精度测试验证了该方法的有效性.      

微创外科机器人手腕灵活性的研究

为了能够按照手术最佳姿态完成机器人路径规划,从几何角度对微创外科机器人手腕灵活性进行研究.根据微创外科机器人末端工具的结构和安装特点,运用末端工具姿态球解析法分析手腕灵活性.研究工具的预置位姿对手腕灵活性的影响,证明工具轴线与末关节轴线垂直时,二自由度手腕可以获得满足微创手术要求的灵活性.研究关节轴向偏距对手腕灵活性的影响,证明当存在Z轴方向偏距的情况下,末端工具可以实现全方位的姿态.在此基础上,提出了二自由度手腕成为灵活手腕的必要条件.依据这一条件可以简化微创外科机器人手腕结构.     

超小型高可靠三冗余角位移传感器研制CSCD

为了满足新型运载型号工程高可靠性要求,在闭和回路中起测量及反馈作用的角位移传感器采用串、并联相结合的三冗余设计,用于伺服机构输出轴转角测量,将机械摆角信号转换为电信号输出至控制器,实现电动伺服闭环控制。超小型高可靠三冗余角位移传感器形式为三冗余旋转式电位计,但采用了两环设计,其中一环为单路,另一环为双冗余设计,将电阻环进行重叠,从结构上组成了串并联相结合的方式,在电气上可单独使用也可以并联使用。传感器采用新型电刷结构,提高了产品的环境适应性,具有较大的社会、经济效益和推广价值。     

自由漂浮双臂空间机器人基于速度滤波器的惯性空间轨迹跟踪鲁棒控制

针对末端所持载荷参数未知的自由漂浮双臂空间机器人系统, 提出了基于速度滤波器的鲁棒控制方法. 利用拉格朗日方法进行运动学及动力学分析, 建立了双臂空间机器人系统欠驱动形式的动力学模型. 借助于增广变量法, 证明了可将空间机器人系统的增广广义Jacobi矩阵及动力学方程表示为一组组合惯性参数的线性函数. 在此基础上引入速度滤波器, 设计了双臂空间机器人基于速度滤波器的惯性空间轨迹跟踪鲁棒控制方案. 该速度滤波器可利用实测位置误差生成末端爪手的伪速度信号, 有效避免了相关速度信号的实时测量与反馈. 该方案的显著优点在于, 不需要测量、反馈末端爪手的移动速度和加速度, 同时有效消除了控制过程中的抖振现象. 平面自由漂浮双臂空间机器人系统的数值仿真验证了算法的有效性.      

一种柔性机器人的神经网络控制方法

提出了一种末杆为柔性杆的机器人的新型神经网络控制方法.它将末杆为柔性杆的机器人分解成刚性前端和柔性末端两部分,使用传统的机器人控制方法控制刚性前端,采用神经网络辩识柔性末端部分的逆模型,将末端的期望轨迹实时分解成末关节转角及末关节轴位姿的期望轨迹再分别进行控制.这一方法将传统的基于模型的控制方法和神经网络方法有机结合在一起.通过对平面3杆柔性机器人的数值仿真,初步验证了这一方法的有效性和良好效果.     

基于自适应迭代的机器人曲面恒力跟踪

针对利用机器人进行打磨、抛光、去毛刺等场合时末端执行器对曲面工件轮廓跟踪时难以得到恒定接触力的问题,对机器人末端执行器和工件轮廓接触时的接触力进行研究,建立了实际跟踪过程中机器人末端执行器的接触力和已知传感器坐标系的映射关系,提出了一种基于自适应迭代学习算法的机器人力/位混合曲面恒力跟踪控制方法。该方法由两部分组成:基于机器人和环境接触时的阻抗模型设计了迭代学习控制律,在PD反馈控制的基础上通过迭代项克服机器人的未知参数和不确定性,并构建Lyapunov能量函数证明所提控制律的收敛性;将迭代学习控制律和力/位混合曲面恒力跟踪控制方法结合起来设计了用于曲面工件轮廓跟踪的控制方法。实验结果显示,经过15次迭代,接触力的波动范围逐渐变小并稳定在±3 N之内,验证了所提方法的有效性。      

锂离子电池极片涂层厚度在线测量系统

锂离子电池极片涂层厚度的实时高精度测量是实现对锂电涂层厚度控制的前提。针对在生产过程中的锂离子电池极片涂层厚度动态、非接触、高精度的测量要求,设计了一种基于非接触式电容传感器进行微位移测量的在线式测量系统。介绍了传感器结构及测量电路基本原理,搭建了适用于锂离子电池极片涂层厚度测量的硬件系统,开发了可用于数据采集、线性校正、数据记录的基于虚拟仪器技术的测试系统。经测试,该传感器的分辨力为0.1μm,现场长期运行证明该系统满足生产的测量要求。     

具有初始动量的空间机械臂零反作用轨迹跟踪

对具有初始动量的自由漂浮空间机械臂系统进行了研究,考虑其执行在轨任务时便已经具有的动量,根据系统的构型参数建立运动学模型,再采用拉格朗日第二类方程建立动力学模型。利用空间机械臂系统具有冗余自由度这一特性,推导运动学和动力学方程,得到了零反作用运动方程,消除了基座和机械臂之间的角速度耦合作用。末端运动轨迹用多项式插值函数来逼近,根据给定的机械臂末端初始和终止状态来规划其运动轨迹,并将机械臂末端的工作空间转换到关节空间中。根据已知的动力学模型,设计合适的比例-微分（PD）控制率。仿真结果表明,通过选择合适的增益反馈矩阵,机械臂末端能平稳地跟踪目标轨迹,同时,机械臂的运动不会对基座的姿态产生扰动,保证了基座姿态的稳定性及航天器的正常运行。     

绳驱动拟人臂机器人的动力学建模及张力分析

与传统的机械臂相比,绳驱动拟人臂机器人采用串并混联的结构形式,模拟了人手臂肌肉的并联驱动方式,但是,绳索的引入也增加了动力学分析的难度.将绳驱动拟人臂机器人视为基座、大臂、小臂和末端四连杆串联机构,采用迭代牛顿-欧拉法建立动力学方程的递推形式,考虑绳驱动的冗余特性和绳索的单方向受力性,提出基于动态最小预紧力的张力分配算法,求解出各绳索的驱动力.与未进行张力分配的方法及基于静态最小预紧力的方法相比,所提出的算法可使各绳索驱动力根据动态最小预紧力进行实时调节,满足了不同工作条件下机构的刚度要求.     

直接式涡轮质量流量计的数学模型

提出了直接式涡轮质量流量计的概念,应用流体力学的二元边界层理论和二元叶栅理论建立了质量流量传感器的数学模型,并计算了涡轮轴向力的大小。计算表明,涡轮转子所受轴向力的大小与涡轮动量ρQ^2成正比。所提供的结论为研制这一类质量流量计提供了理论依据,也为设计轴向测力传感器提供了数据。     

高效AVS环路滤波器结构设计

为满足AVS高清视频实时解码要求,提高环路滤波处理速度,提出了一种高效的AVS去块效应环路滤波的实用结构.将8×8块进一步分割为4×4块进行滤波运算.通过优化滤波顺序,将需要滤波的4×4块边界尽量集中,在读写数据的同时进行滤波操作,提高流水处理的效率和数据的利用率,从而有效地减少了滤波处理总的时钟数.实验结果显示,处理一个宏块只需要196个周期,相对于目前AVS环路滤波设计,速度提高50%.在100MHz工作频率下,能够支持AVS高清视频的实时解码滤波处理.     

空间机械臂系统总体技术指标确定方法

总体技术指标的确定是空间机械臂总体设计中的关键,基于此,文章提出了一种空间机械臂总体技术指标确定方法,并进行动力学仿真研究。首先从任务目标出发,结合总体约束条件,对空间机械臂的长度、末端位姿精度、末端最大运动速度、关节驱动力矩等技术指标进行论证;然后建立系统的多体动力学模型,对常规工况和极限工况下空间机械臂的带载操作过程进行动力学仿真,以验证所确定的总体技术指标。仿真结果表明,所提出的思路和方法对于空间机械臂的设计和研制具有一定参考作用。     

面铣刀正交车铣加工切屑厚度的计算方法

切屑厚度的求解是进一步研究切削过程机理以及实现加工过程仿真的基础.针对面铣刀正交车铣加工过程进行了研究,通过对刀刃轨迹进行简化,推导了计算几种不同形状面铣刀切屑厚度的统一公式,并结合几组具体实例与通过数值方法求得的切屑厚度进行了对比.最后,应用所建立的切屑厚度计算公式实现了对正交车铣加工切削力的仿真,并在车铣复合机床上进行了实验验证.对比仿真实例及切削力实验结果显示所给出的切屑厚度计算模型具有良好的精度和较高的计算效率.同时,统一的表达形式也使得所提出的方法适合于正交车铣加工过程通用仿真软件的开发,具有较大的工程应用价值.      

胸鳍摆动推进模式机器鱼深度控制

提出一种基于专家PID和模糊控制的双闭环深度控制方法,用于实现胸鳍摆动推进模式机器鱼的定深控制.通过控制机器鱼的尾舵摆动角度,可以使机器鱼产生一定的俯仰力矩,从而改变机器鱼的俯仰姿态,实现上浮或下潜运动.给出了机器鱼的相关定深实验,并分析了不同目标深度下俯仰角度初始变化范围存在差异的原因.实验结果表明:本文提出的定深控制方法能够使机器鱼比较准确地稳定在目标深度,以及能够改善机器鱼到达目标深度后稳态游动时的俯仰稳定性,能够较好地实现机器鱼的深度控制.      

颅缝早闭手术中颅骨切割方案生成方法

为实现颅缝早闭手术方案制定的规范化，提出一种结合深度学习、立体视觉和点云处理技术的颅骨切割轨迹生成方法，用于建立切割方案模板库和生成新的病例切割方案。该方法将深度学习应用于颅骨外表面的实例分割中，利用Mask R-CNN对手术区域进行检测和分割，利用简化轮廓提取算法提取切割轨迹，并结合点云处理技术将切割轨迹坐标进行2D-3D映射，实现切割轨迹自动化提取；在此基础上建立典型病例模板库，通过模板匹配方法自动生成新病例的切割方案。实验证明:该轨迹提取方法可以准确高效地检测出颅骨切割轨迹，并将轨迹坐标进行3D映射，点云深度测量误差小于3 mm，达到临床可用标准；模板匹配方法也有效生成新病例的切割轨迹，符合资深医生的手术方案。