面向地震场景,提出了一种有效的空地协同搜救框架,高空侦察机获取地面受损建筑物位置信息传递给无人机搜索群体,无人机根据此信息做分布式任务规划,到达目标建筑对受灾人群做进一步侦察,并将伤员密度分布信息传递给地面无人车群体。无人车做集中式规划,到达伤员地点执行救援任务。针对无人机群体的任务规划,根据其小型、廉价、可大规模部署以及...
针对生机电一体化灵巧操作假手这类典型共融机器人,开展结构优化、力触觉感知和临场感反馈功能重建的研究。为此,提出了一种用于欠驱动手指机构设计的交叉四连杆参数优化方法,该方法实现了手指运动轨迹最优、近指关节(PIP)扭矩与掌指关节(MCP)扭矩之比最大;提出了义肢手指与柔性压力传感器的集成设计方法,实现假手对抓握物体的实时力触觉感知;提...
人体运动意图的准确可靠识别是人机共融中的关键问题之一。针对现有研究中的局限和不足,提出了全新的非接触式电容传感方法。该方法以金属电极不接触皮肤的方式测量肌肉收缩信号。介绍了电容传感的原理,分析了基于该方法测量肌肉收缩形状变化的机理。分别介绍了非接触式电容传感方法在小腿智能动力假肢控制和上肢运动识别中的应用。针对下肢智能...
为提高脑卒中等神经损伤患者在下肢康复训练过程中的主动参与度,设计了基于人体下肢运动想象与视觉反馈的在线闭环脑机接口,并建立了基于互相关熵诱导度量与子频带分析的改进共空间模式算法,提高人体下肢运动意图的识别率。针对运动想象脑电信号信噪比低和难以精确识别等问题,在传统共空间模式算法基础上,利用互相关熵诱导度量准则改进其目标函...
在人机共融环境中,移动机器人自主移动必须解决可通行区域感知与自身定位的问题。因此提出了一种基于行人行为学习的机器人同时定位与可通行区域制图算法。该算法首先基于行人行为学习的方式对非结构化道路环境中的可通行区域进行采样,并使用区域生长算法得到连通的可通行区域。在定位与制图过程中,将视觉SLAM技术与检测到的行人信息和可通行区...
在并联机器人基于关节空间的控制中,运动控制精度不仅受结构误差及运动副摩擦的影响,由于闭链结构特点,还受主动支链的耦合及运动协调性的影响。以一种2(3PUS+S)并联机器人为研究对象,在前期误差及摩擦补偿研究的基础上,开展主动关节的同步控制研究。通过建立基于关节空间的动力学模型确定主动关节由于惯量耦合引起的耦合力,以主动支链间的运动...
柔性索并联机构具有工作空间大、能耗低和惯量小等优点,适用于长距离柔性桁架结构的振动主动抑制。首先提出一种四索驱动的柔性体抑振并联机构,根据闭环矢量原理和机构的几何特征,对四索并联机构进行运动学分析。接着建立四索并联机构的静力学模型,并将超长尺度柔性桁架机构的往复振动简化为梁的弯曲振动,利用振型叠加法求解外部激励作用下的强...
针对机器人优化设计等工程应用中普遍存在的黑箱问题,提出了一种高效、稳定的遗传算法-非均匀Kriging-梯度投影混合全局优化(Hybrid global optimization,HGO)算法。该方法使用非均匀Kriging模型对目标函数进行评估,能够在不苛求近似模型全局精度的情况下保证优化过程的精度,并节省大量计算时间。使用梯度投影法对遗传算法种群进行变异,可以在提...
软体机器人是近年来的研究热点,涉及信号检测、控制、致动等多个方面。基于弹性体材料设计制备了一种符合人体手指运动规律的弯曲致动器及其仿生手和电容式可拉伸传感器。仿生手总共设计有14个弯曲关节,且每个弯曲关节都由外部管道独立控制,当外部气压达到50 k Pa时,手指关节能够实现90o的弯曲变形,最大指尖压力为210m N。可拉伸应变传感器在200...
鉴于电活性聚合材料PVC凝胶具有驱动电压低、且具有弯曲和拉压变形的双重能力,有望满足软体机器人个性化与结构复杂设计需求,将直写打印技术与材料的成型制备方法结合起来,研究了PVC凝胶的打印工艺。首先,配置了不同浓度的打印墨水,测试了不同浓度打印墨水的流变性能用以表征其可打印性,结果表明配置的PVC凝胶打印墨水整体表现为剪切变稀性质,具...
随着机器人技术的发展,能与自然交互、自主适应复杂动态环境并协同作业的共融机器人在高端制造、医疗康复、国防安全等领域将会发挥巨大的作用。在共融机器人运动执行机构的研究中,基于介电弹性体(DE)的作动器表现出很好的环境适应性和机电性能。为了进一步研究介电弹性体作动器,将弹性体电极引入介电弹性体作动器中,通过流延工艺逐层堆积电极层...
柔性压力传感器是智能机器人和生物医疗等典型应用领域中的关键部件。针对10~50 kPa中等压力下对柔性压力传感器的高灵敏度、良好压力分辨率和快速响应需求,提出在PDMS基底上直写喷印石墨烯纳米片(GNPs)/多壁碳纳米管(MWCNT)构建S型折线图案化敏感单元,结合封装层微结构阵列,制备中压高灵敏度、低检测限的柔性压力传感器。试验结果表明,在压力为...
针对雪天气影响共融机器人视觉系统鲁棒性的问题,提出了一种基于雪模型和深度学习融合的去雪算法。根据雪的成像过程推导了一个简化的雪模型,设计了一个基于该模型的深度去雪网络,该网络由雪花检测子网络和去除子网络串联组成。雪花检测子网络采用了残差学习网络,该网络可以准确地学习雪图像和无雪图像之间的差异。去雪子网络采用了密集连接的U...
仿生手能够实现各类复杂的动作,广泛应用于工业及医疗领域。现有的刚性仿生手大多具有质量重、柔顺性差等缺陷,而柔性仿生手的控制精度低、难以实现有力的抓握。针对上述不足,以人手的生理结构为设计依据,运用3D打印技术制成刚性人手骨骼模型,以日本东京工业大学铃森康一教授团队开发的1.3 mm和2 mm直径的细径McKibben型气动人工肌肉作为柔性执...
利用伪刚体模型研究了柔性曲梁的弹性回复力和刚度特性,推导出了柔性曲梁的直线刚度表达式,其结果表明通过改变曲梁的预变形量可以改善曲梁的刚度特性,使其具有近似线性化刚度特点。利用该特点,提出了一种双曲梁支链结构形式。结合伪刚体模型和螺旋理论,探讨了该双曲梁支链的自由度和运动特性,进而设计出了一种2自由度柔顺移动并联机构。根据机...
提出一种循环视觉注意网络来同时进行目标搜索和识别。该网络能够从图像中自动选择一个局部观测序列,通过融合局部详细表观和粗略上下文视觉信息,实现视觉目标的高精度定位与识别,比传统的滑动窗口和全图卷积的方法具有更高的目标搜索效率。此外,提出了一种混合损失函数来对网络参数进行端到端的多任务学习,特别在视觉注视点序列损失函数中引入...
相对于传统的想象动作脑-机接口,复合肢体想象动作脑-机接口有效提升了指令复杂度,具有更好的中风后康复治疗潜力,但当前较低的识别精度限制了其临床应用。为提升复合肢体动作想象相关脑电信号特征的特异性并降低不同通道间的信息混淆,提出了一种基于脑电流形特征信息刻划的黎曼核支持向量机递归特征筛选方法(Riemann kernel support vector mac...
预紧力的保持性直接影响螺纹连接件的紧固功能,当前国内外的研究成果表明,在周期性横向振动的作用下螺纹连接件的预紧力很容易出现衰退,其中塑性变形和内外螺纹间的旋转松动是导致预紧力衰退的两个主要原因。通过多种有限元模型仿真对比,进一步揭示了横向振动条件下的预紧力衰退机理,发现应力再分布是导致预紧力衰退的另外一个重要原因。在此基...
广义参数化时频分析通过构造匹配的参数化变换核,能够有效提高强调频信号的时频能量聚集性。然而,受短时傅里叶变换中窗函数结构的影响,利用该方法获得的时频能量分布在真实瞬时频率附近始终存在能量扩散现象。同步压缩变换利用同步压缩操作可将短时傅里叶变换处理后的时频能量压缩至真实瞬时频率位置,然而,同步压缩变换仅适用于分析频率成分恒...
可控节流技术可以显著提高液体静压主轴的刚度和回转精度,在工程上已得到实验证实,但是液体静压主轴在可控节流条件下是如何提高回转精度的过渡过程一直不明确。利用现有的液体静压主轴理论,还不能定量解释可控节流静压主轴从不平衡状态到平衡状态、以及稳态回转误差显著缩小的过渡过程。在考虑轴颈惯性力和非线性油膜力的基础上,根据可控节流器...
大加速度激励可极大影响结构的性能,甚至造成其破坏,如火箭发射时产生的强烈振动。提出了一种新型永磁式非线性隔振器,利用永磁力构建等效负刚度,并基于非线性软弹簧实现大加速度激励下的高性能隔振。永磁装置由一个轴向布置的永磁体和三个沿圆周均布的环形永磁体构成,所有永磁体均沿轴向磁化。分析并建立了隔振系统理论模型,基于谐波平衡法推导...
通过多个广义折弯杆组构造具有同一缩放中心的折展机构,给出了平面对心折展机构的一般化构造方法。分析了第一类广义折弯杆组(GAE I)和第二类广义折弯杆组(GAE II)的约束条件,对两个广义折弯杆组进行了对心构造,并用几何方法得到了两个广义折弯杆组对心构造条件,给出了两类折弯杆组的运动分析。在此基础上,分析了n个GAE I和n个GAE II组成的对心...
研究了六关节工业机器人工具坐标系原点TCP的标定原理,提出了TCP标定的解析化模型和几何模型,并对标定误差来源进行了综合性分析,定量分析了标定点数和标定位姿对TCP标定精度的影响。在经典四点法标定的基础上,引入了误差阈值的概念,提出一种改进的“五点选优TCP标定算法”,并进行了仿真验证和实物验证。验证结果表明,提出的标定算法能够有效筛...
碳纤维增强复合材料由于具有高比强度、高比模量等优异性能,广泛应用于先进装备的承力构件中。此类复材构件在铺放固化成型过程中易产生随机分布的分层缺陷,若缺陷区域与构件连接孔加工区域交叠,将使制孔损伤产生机制更加复杂、加工质量更难以保证。为保障碳纤维复合材料构件的加工质量,揭示成型分层缺陷对制孔质量的影响机制,针对钻削过程中成...
螺旋容屑槽是螺旋拉刀的重要结构之一,螺旋前刀面的高质量精确磨削对于刀具的工作性能与服役寿命有着重要影响。提出了一种适用于螺旋前刀面刃磨的砂轮安装位姿计算方法,确保螺旋前刀面的精密磨削。首先从五轴加工角度构建砂轮安装位姿与磨削运动数学模型,然后基于离散砂轮空间运动扫掠体进行螺旋槽轴截面加工廓形的离散包络计算,并给出相应的离...
研究了钛合金高速超声椭圆振动铣削中振幅对加工表面完整性的影响。首先基于高速超声椭圆振动铣削过程中刀具-工件的运动学特点和实现分离断续切削条件,建立了切屑厚度模型以及考虑刀具-工件有效参与铣削的刀具动态切削后角模型。针对振幅对高速超声椭圆振动铣削的影响进行了微量润滑条件下的高速超声椭圆振动侧铣削钛合金试验,对不同振幅条件下...
钛合金因其突出的综合性能广泛应用于航空航天领域,然而由于其难加工性,在钛合金切削过程中极易产生刀具磨损,所带来的加工精度低、表面质量差等现象严重影响钛合金的切削效率及经济效益。因此建立合理的钛合金铣削磨损模型对实际加工生产具有重大的指导意义。考虑了实际切削加工过程中的热力耦合条件,基于磨粒、黏结、扩散三种磨损机理,结合磨...
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