基于DDPG-PID的机器人动态目标跟踪与避障控制研究

针对机器人在动态复杂环境下的操作问题,研究机械臂跟踪运动目标及避障的运动控制方法。采用传统PID控制方法与DDPG强化学习算法相结合的方式,利用PID控制使得机械臂的工作平面快速接近目标物并与之重合,再使用DDPG算法让机械臂在平面内自主学习追踪目标物投影同时避开障碍物投影,最终在三维空间中实现跟踪与避障。该方法将机械臂作为一个智能体,智能体通过感知目标物和障碍物的距离偏差来自主学习避障跟踪策略。将本方法用于多自由度机械臂路径规划与避障任务中,对比单纯使用DDPG算法将机械臂作为智能体在空间中进行决策控制,仿真结果显示本文所提出的方法收敛效果和控制性能更好,机械臂能在训练后实现目标物的稳定跟踪和障碍物的躲避。     

基于多学科仿真模型的空间机械臂优化设计与应用

空间机械臂在载人航天活动中有着迫切的应用需求。航天器尺寸、质量等因素的限制使得空间机械臂具有大柔性、操作对象多以及负载变化大的特点，给机械臂的设计验证与任务验证均带来较大挑战。详细分析了空间机械臂设计验证及任务验证对多学科仿真模型的需求，完成空间机械臂多学科仿真模型建模、修正与验证工作，将修正后的仿真模型成功应用于后续中央控制器测试，在轨任务验证及数字机械臂的开发等多个方面，解决了空间机械臂任务验证的难题。     

空间机械臂力学模拟件的设计与优化

为降低机械臂进行地面力学实验时的成本,真实地反映机械臂的力学性能,提出一种机械臂等效力学特性的设计方法,并对机械臂力学模拟件的参数进行优化。根据机械臂的结构原理,对机械臂关节的轴承刚度、扭转刚度进行等效设计,通过目标达到法对机械臂力学模拟件的参数进行优化,将力学模拟件与机械臂各质量模块的质量、质心坐标、质心各方向转动惯量等关键参数进行对比并进行实验验证。结果表明,力学模拟件与机械臂各关节模块力学参数基本一致,力学模拟件能够满足实验要求,可降低力学环境实验成本。     

空间机械臂运动控制的地面仿真验证技术

空间机械臂是在轨进行舱外巡检、航天员辅助出舱的关键活动机构,其在轨操作的运动过程需要在地面进行预先规划生成运动控制指令,再通过数字仿真与推演对运动控制指令进行验证,以确保机械臂操作全程的安全性和高效性.针对上述问题,本文主要从运动空间限制、运动速度限制和关节力矩限制等方面设计了地面仿真验证框架,提出了基于运动学与动力学...     

多约束条件下机械臂关节轨迹模糊控制算法

将单一约束条件下冗余机械臂关节角速度向量算法与模糊推理方法有效结合,实现多个约束条件下冗余机械臂关节角速度向量轨迹的控制。根据末端执行器的方向、灵活性、机械臂与障碍物的距离等约束条件的重要性,将多个约束条件排定先后次序。综合所有传感器的信息,由模糊推理确定某一时刻需要优化的约束条件,以及对每个约束条件的执行程度,使得在完成主要任务的前提下,所有约束条件都得到最大限度满足。仿真结果证明了所提出算法的有效性。     

基于协作机械臂的航电开关柔性检测算法

在基于协作机械臂的航电联调联试系统中,为了解决机械臂在检测航电开关时存在环境复杂、需要适应不同种类开关与定位误差等问题,提出了两种基于关节力传感器的航电开关柔性检测算法,用来检测航电联试环境中主要的3大类开关.基于外力阈值检测的接触定位与操作算法,通过广义动量观测器估计末端外力,并在控制机械臂运动时设置操作力阈值,实现...     

计及关节及杆柔性的空间机械臂抓取控制

针对考虑关节及杆柔性的空间机械臂动力学与抓取控制问题,以三连杆柔性机械臂为研究对象,考虑臂杆的横向弯曲变形、纵向拉伸变形及由于横向变形引起的轴向收缩的二阶耦合量等,并通过引用转子扭簧模型来考虑柔性关节的影响,应用Lagrange方程和假设模态法建立动力学模型.引入“动态抓取域”来描述机械臂的抓取过程,采用关节主动阻尼控制来抑制抓取过程中的碰撞激振力,分析了匀速抓取和加速抓取两种策略的机械臂柔性关节的变形特性.仿真结果表明:关节柔性减小了整体碰撞力,在碰撞过程中起到一定的缓冲作用;加速抓取控制下比匀速抓取控制下的关节变形小,前者整体优于后者.     

自由浮动空间柔性机械臂在轨操作刚性载荷的组合控制

针对自由浮动空间柔性机械臂,讨论了在笛卡尔坐标系中机械臂对刚性载荷的轨迹跟踪控制和连杆柔性振动主动控制问题。基于拉格朗日法、假设模态法和系统动量守恒定律,推导了一种自由浮动空间柔性机械臂在轨操作刚性载荷的动力学方程。在此基础上,采用奇异摄动法将系统分解为慢变和快变两种尺度时标的子系统,设计模糊终端滑模控制器和Backstepping控制器分别对两个子系统进行控制,由此得到的组合控制使得机械臂按期望轨迹对刚性载荷进行精确在轨操作,同时抑制了柔性连杆的弹性振动。通过数字仿真验证了上述方法的有效性。     

面向飞行机械臂的实时目标检测与定位算法

飞行机械臂要完成自主抓取的任务,对目标物的识别与定位尤为关键.当前飞行机械臂视觉识别算法多采用传统的特征提取等方法.为提升目标物识别及定位的精度和效率,本文设计了一种基于YOLOv5深度学习目标检测算法和RGB?D传感器的视觉识别与定位算法,该算法可以实时检测目标物并对其位姿进行估计,为飞行机械臂的抓取工作服务.同时针...     

考虑弹性变形的月面表取机械臂精度补偿方法

表取机械臂具有大跨度、低刚度的特点,静外力作用下杆件及关节容易发生较大弹性变形,影响机械臂末端绝对定位精度;同时,加工或装配造成的几何参数误差也会对末端绝对定位精度造成一定影响。为提高表取机械臂末端绝对定位精度,提出一种考虑弹性变形的表取机械臂精度补偿方法。首先,基于改进的Denavit-Hartenberg(Modified DH,MDH)模型对机械臂进行运动学建模并推导几何误差模型;其次,计算因杆件、关节弹性变形产生的杆件坐标系弹性误差,建立弹性误差与机械臂末端位置误差间的映射关系;然后,综合几何误差模型与弹性误差模型建立机械臂综合误差模型;最后,辨识机械臂几何参数,补偿机械臂末端位置误差。实验结果表明,该方法能够有效提高机械臂末端绝对定位精度。     

一种基于纵弯模态复合的新型两自由度直线超声电机的研究

提出了一种基于两个弯曲振动模态与一个纵向振动模态复合的新型两自由度直线超声电机。介绍了这种电机的结构特点。阐述了电机实现两个自由度直线运动的原理，并从理论上证明了电机驱动点的运动轨迹为椭圆运动。在此基础上，利用有限元方法设计了电机，并制造了原理性样机。利用PSV-300F多普勒激光测振仪对电机的工作模态进行了测试，实验结果表明，电机的工作振型和工作频率等均满足设计要求。电机的试运行表明了其工作原理和设计结果的正确性，并给出了电机的输出性能。最后指出了该样机存在的问题和改进措施。     

旋翼翼型俯仰沉浮运动非定常气动特性实验研究

在南航非定常风洞内研制、开发了一套两自由度电控液压动态实验台,利用该设备,完成了翼型俯仰运动、沉浮运动以及俯仰沉浮耦合运动测压实验,并积分计算了翼型动态运动过程中的升力系数.翼型俯仰运动结果表明,翼型上的压力分布和升力系数与翼型振动频率和振动幅值有很大关系,随振动频率和振动幅值的增加,升力系数迟滞包线相应增加,而这一过程与翼型上前缘涡的脱落过程有关.翼型沉浮运动研究了翼型在不同迎角、不同风速下做沉浮运动时的压力分布和升力系数,结果表明在20m/s风速下,模型做沉浮运动时只对翼型前缘的压力分布产生影响,而在10m/s风速下,沉浮运动不仅使前缘压力分布产生变化,而且影响翼型下游的压力分布,这与翼型前缘形成的分离气泡脱落有关.另外给出了翼型做俯仰沉浮耦合运动时的压力分布初步结果.     

四轴WEDM机床锥度切割运动分析

介绍了四轴WEDM机床的结构和坐标系统，在分析了四轴WEDM机床运动的基础上，提出了一种在等锥度和变锥度情况下均适用的四轴运动控制方法。通过这一方法，由工件下表面加工轨迹和锥度角推导出工作台和上导丝嘴的运动轨迹，并应用于四轴WEDM机床计算机数控系统中。实验证明该方法正确有效。     

水上飞机在波浪上运动响应特性试验研究

开展水上飞机带动力模型规则波试验,对试验装置、采集方式进行了设计,解决了常规采集方式存在信号阶跃式突变的技术难题。通过试验得到了模型在波浪上运动时纵摇、升沉和过载响应曲线随遭遇频率、波长的变化规律。结果表明:纵摇和升沉运动响应曲线具有单峰值的特点,在波长为1.5~3.5倍机身长度时达到峰值,过载响应曲线具有双峰值,第一谐振波长在1.5~3.5倍机身长度范围内,第二谐振波长为0.5倍机身长度。根据模型运动响应特性,对飞机在涌浪上的运动响应进行了分析,对飞机在涌浪上起降使用环境的选择提出了参考意见。     

流程图转变成箭线图的基本规则

本文详细地论述了由流程图演变成箭线网络图的整个过程。指出,通过添加虚箭线的方法可使流程图转变成箭线网络图,但它含有许多多余的虚箭线,因而不是最优箭线图。本文在理论研究及大量实践的基础上,确定了活动之间相互关系的4种形式,并针对这4种形式指出了4条去掉多余虚线的法则及一条添补必要虚线的法则.可以证明,用这些法则设计的网络图是最优网络图。 最后,文中简要介绍了从流程图转变成最优箭线图的计算机算法。编制的软件可在微机上实现网络图的自动设计及绘制、时间参数的计算等项工作。软件功能齐全,具有很大的实用价值。     

关于最优箭线网络图的定义及其唯一性的讨论

近年来,关于最优箭线网络图的绘制规则已有许多种方法。然而,最优箭线图是否是唯一的,有关文献都没有讨论这个问题。本文通过一个反例,指出目前常用的最优箭线网络图的定义是不完整的,符合这一定义的最优图也不是唯一的,文中给出了一个新的定义,并证明有了这一新的定义,就可根据作业分析表唯一地确定最优箭线网络图。     

基于特征点运动矢量估计的动态序列图像运动目标跟踪

提出了一种改进的特征点运动矢量估计方法,用于动态序列图像中的运动目标跟踪。首先利用改进的最小亮度变化算法提取特征点;然后通过自适应的十字模式搜索法确定这些特征点的匹配点。在RANSAC方法的基础上,利用运动背景的仿射变换参数实现运动背景的补偿。最后利用合理的形态滤波技术,运动目标将完整地从背景中提取出来并实现准确跟踪。实验结果表明,改进的方法可以成功完成运动背景的补偿,并为动态序列图像的运动目标跟踪提供了保证。     

基于有限元的板结构能量流分析

由于面内波的尺度通常大于面外波的尺度,目前板结构基于有限元的能量流分析忽略面内运动,这种处理方法在一些情况下并不合理。本文根据薄板的经典理论,将面内运动和面外运动进行解耦,然后建立了两种运动的有限元能量流模型,最后通过能量平衡方程获得了板结构弯曲子系统的耦合损耗因子计算格式。算例分析表明,本文方法能较准确计算面内运动能量与面外运动能量,可为后续的耦合损耗因子提供更加准确的计算方法。     

基于进化算法的区域导航(RNAV)航路规划研究

本文采用进化算法,结合进化算法与区域导航航路规划的特点,提出了基于进化算法的区域导航航路规划问题。通过建立航路规划基本框架,进行航路编码、约束条件限制、初始种群设置等工作,然后依据选择机制建立新的航路链。     

航空器遭遇严重积冰天气分析

利用常规天气资料、NCEP/NCAR的1°×1°再分析资料对2012年3月19日发生在北疆沿天山地区强降水过程造成航空器严重积冰的天气进行了分析。结果表明:(1)500 h Pa西南急流和400 h Pa以上偏西急流的存在,配合中低空冷空气的补充,为积冰天气的形成提供了适宜的条件。(2)乌鲁木齐上空高湿层随时间逐渐下降,对应的温度、温度露点差向适宜积冰的区域变化,为强积冰天气提供了有利的温湿条件。(3)强积冰区存在一个弱的、持续性的垂直上升运动,垂直运动导致液态水聚集带形成,弱上升运动区对应发生强积冰合适的温湿高度层。(4)19日14时~20日02时,石河子到乌鲁木齐区域积冰指数是一个迅速增大的过程,强积冰区由石河子经呼图壁向乌鲁木齐蔓延,积冰高度随时间下降。