液压挖掘机工作装置建模分析与仿真

针对液压挖掘机运动学和动力学建模复杂过程,以某型6 t挖掘机工作装置为研究对象,利用SimMechanics对机械结构进行快速建模,从而代替运动学模型获得挖掘机机构模型.采用Pro/E软件对液压挖掘机工作装置建立三维模型,将其导入ADAMS环境中,并对比验证作业结果.在ADAMS软件中,对挖掘机工作装置进行动力学仿真,得到液压挖掘机的工作特性曲线.仿真结果表明:理论上添加的载荷能够体现在各个驱动关节处受力变化中,相比其他阶段,在挖掘阶段关节受力矩变化影响较为复杂.     

基于虚拟样机技术挖掘机工作装置动力学分析及仿真

应用拉格朗日动力学原理建立挖掘机工作装置动力学数学模型,以某型23 t挖掘机工作装置为研究对象,采用Pro/E软件对该挖掘机工作装置建立三维实体模型,用虚拟样机技术与动力学仿真软件ADAMS对挖掘机工作装置进行运动学和动力学仿真,获得挖掘机工作尺寸参数、各铰接点处的受力情况及相关受力曲线。研究结果表明:运用拉格朗日动力学原理建立的挖掘机工作装置动力学数学模型,为挖掘机工作装置仿真研究提供了便利;最大挖掘高度、最大挖掘半径、最大卸载高度、最大挖掘半径停机面上最大挖掘半径与实际作业结果相吻合,通过动力学仿真分析得出的各液压缸受力曲线及挖掘机各关键铰接点的受力曲线,为挖掘机工作装置结构设计与产品优化提供了依据和方法。     

液压挖掘机的两级平滑挖掘规划方法

针对挖掘机在挖掘过程中遇到大障碍物时无法及时进行动作调整导致挖掘机机械损耗增加的问题,提出一种以满足挖土量为目标的轨迹规划方法.利用原像规划及下层前向搜索的两级规划方法进行轨迹规划,实现平滑挖掘,并通过Matlab仿真实验进行验证.仿真结果表明:该方法能过对挖掘过程中与障碍物的碰撞及时做出反应,通过原像规划算法完成避障方向的判断,运用前向搜索算法完成对挖掘动作的调整和再次轨迹规划,完成避障;整个规划过程轨迹平滑,关节角度无大的突变.     

挖掘机器人动力学参数辨识研究

为了使挖掘机在作业速度和挖掘力上适应负载的特性,需要对挖掘机工作装置进行动力学分析.在采用拉格朗日方法确定了挖掘机器人工作装置动力学模型的情况下,动力学参数的精确辨识对实现实时控制显得尤为重要.利用遗传算法对参数辨识问题进行了探讨,给出了利用遗传算法对整个问题的求解设计思路,引入格雷码混合编码、可变精度的交叉和混合变异等思想,形成了改进的遗传算法.该算法收敛速度快,鲁棒性强,通过仿真和现场实验,验证了所提出的算法的有效性.     

基于遗传算法的挖掘机工作装置铰点位置优化

将挖掘机工作装置视为一个整体,建立了工作装置整体优化设计数学模型.以挖掘机的挖掘力为优化目标函数,以工作装置各铰点位置的几何参数为优化设计变量,基于遗传算法进行编程,并以某挖掘机工作装置为例进行优化求解.计算表明:在保证挖掘机工作区间在一个合理范围内的前提下,只需将工作装置铰点位置做少许调整,就可以使挖掘机的挖掘性能得到明显改善,铲斗和斗杆的最大挖掘力分别提高1%和5%.采用遗传算法可以快捷而有效地对挖掘机工作装置铰点位置进行优化设计,是对挖掘机性能进行优化设计的一种有效方法.     

液压挖掘机工作装置仿真分析

基于三维软件pro／e建立了液压挖掘机工作装置的虚拟样机模型。在多体动力学软件Adams中对工作装置虚拟样机进行了运动学及动力学仿真分析,得出了挖掘机工作装置主要工作范围尺寸及在典型挖掘工况下各铰点的受力情况。为挖掘机构件进行有限元分析及改进提供了依据。     

智能挖掘机直线挖掘作业的运动规划与控制研究

针对挖掘机在开挖沟槽与坡面平整作业时通常需要用到直线挖掘,并且具有高精度作业需求, 提出一种多关节协同的运动规划与控制策略. 建立挖掘机工作装置的运动学模型,根据铲斗齿尖直线运动轨迹进行逆运动学求解得到各关节的运动轨迹,并根据斗杆和铲斗的预测角度值,随动规划动臂目标角度. 利用递推最小二乘法对挖掘机各关节动力学模型参数在线辨识,实时预测延迟时间内关节角度的变化来补偿系统延迟特性所导致的跟踪控制误差.对现有挖掘机进行智能化改造,搭建AMESim的工作装置模型,基于实验数据修正液压系统模型参数及挖掘机模型,并在Simulink中建立控制模型与AMESim的挖掘机模型进行联合仿真测试,验证控制算法的可靠性. 仿真结果表明,与传统PID控制策略相比,基于关节协同控制的策略在直线挖掘铲斗轨迹控制中具有更好的性能.     

基于状态规则的液压挖掘机虚拟驾驶员建模与仿真研究

为了生成挖掘机系统虚拟仿真平台驱动信号,开发一种基于状态规则的虚拟驾驶员模型.以中型液压挖掘机为平台对其作业过程进行测试分析,构建基于典型作业工况的挖掘机通用操作规则,结合操作经验及执行机构状态特征进行单作业循环任务点设置.建立工作装置线性时不变系统模型和回转机构线性参变模型,建立模型预测控制算法,进一步构建基于任务协...     

面向智能挖掘机的最优挖掘轨迹规划

以实现挖掘机的智能化、工作装置的自动轨迹控制为目的,提出了一种基于能耗最小的挖掘轨迹规划方法.通过研究挖掘机铲斗与物料相互作用过程中的阻力特性,并综合考虑物料的重力、铲斗与物料间的摩擦力、挖掘速度以及铲斗两侧物料对挖掘阻力的影响,构建了一种适用于大型矿用挖掘机的动态挖掘阻力预测模型.运用提出的挖掘阻力预测模型,从多种不同堆角的料堆出发,以挖掘单位质量物料的能耗最小为目标函数,在综合考虑结构和性能约束的基础上建立了优化模型,并应用于WK-55挖掘机的控制参数优化,得到了挖掘不同堆角的料堆时的最优挖掘参数.结果表明:对于任意堆角的料堆都有最优挖掘参数可以在保证挖掘效率的前提下使挖掘机以最小能耗进行挖掘作业,为智能挖掘机的研发提供了理论参考.     

挖掘机混合动力系统控制器设计

为了实现柴油机和电动机的动态协调控制,设计了挖掘机混合动力系统控制器.控制器由功率预处理模块、油门控制模块和工作模式识别模块构成.控制器的输入参数为液压泵扭矩、液压泵转速和蓄电池SOC,输出参数为柴油机油门开度.建立了基于MATLAB的混合动力系统控制器性能仿真模型.对挖掘工况和平整工况下的控制器性能进行了仿真分析.仿真结果表明：控制器能根据载荷变换实时调整电动机的工作状态,在整个工作过程中,柴油机的工作转速基本不变.     

虚拟技术培训系统中人的行为表示

讨论了虚拟技术培训系统中虚拟人和物的行为表示,归纳出虚拟人的8个基本训练行为及其函数表示,总结了虚拟技术培训系统中常用的工具,并将人手绑定在工具在一起共同运动,进而给出了其各种动作行为。以使用工具等为例,讨论了基本训练行为的设计实现的思路与方法。并以抽油机安全操作仿真演练系统中的调平衡为例进行了验证。     

混凝土结构时间多尺度环境作用研究

不考虑环境作用在时间和空间上的相关性,以确定环境作用代表值的"时间计算尺度"和环境作用的时变规律为特征,以引起混凝土碳化的环境作用为例,对环境作用(主要为大气温度、相对湿度)的时间特性进行了详细分析.结果表明,可以采用"年均"计算尺度或修正后的"年均"计算尺度计算引起混凝土结构碳化的环境作用代表值;采用Holt-Winters模型可以较准确地描述环境作用的时变规律.确定了合适的时间计算尺度和环境作用的时变规律,可以更加方便地预测混凝土结构的碳化深度.     

基于粒子群算法的足球机器人动作选择研究

提出一个基于粒子群算法的足球机器人的动作选择算法。该算法给出了一个足球机器人的动作集合，根据赛场的实际情况为足球机器人分配角色与任务，并利用粒子群算法为足球机器人选择合适的动作。     

多任务环境中基于情感的拟人Agent面部运动的实现

为解决在多任务环境中,拟人Agent多种面部运动自主综合表达的问题,该文首先结合Sloman的分层体系架构和Damasio的机体标志思想,设计了一种支持多任务环境的拟人Agent面部运动的体系结构。接着分析了拟人Agent的面部运动种类及成因,定义了面部运动的优先级,提出了冲突的协调方法,并将此方法应用到体系结构的决策控制中。最后根据提出的拟人Agent感情状态的形式化描述方法,实现了基于情感的面部运动序列的自主生成系统,解决了拟人Agent多种面部运动同时表达的矛盾,并实现了个性化的情感表达输出。     

Action plans used in action observation

How do we understand the actions of others? According to the direct matching hypothesis, action understanding results from a mechanism that maps an observed action onto motor representations of that action. Although supported by neurophysiological and brain-imaging studies, direct evidence for this hypothesis is sparse. In visually guided actions, task-specific proactive eye movements are crucial for planning and control. Because the eyes are free to move when observing such actions, the direct matching hypothesis predicts that subjects should produce eye movements similar to those produced when they perform the tasks. If an observer analyses action through purely visual means, however, eye movements will be linked reactively to the observed action. Here we show that when subjects observe a block stacking task, the coordination between their gaze and the actor's hand is predictive, rather than reactive, and is highly similar to the gaze-hand coordination when they perform the task themselves. These results indicate that during action observation subjects implement eye motor programs directed by motor representations of manual actions and thus provide strong evidence for the direct matching hypothesis.     

基于关键原子动作的视频事件学习与识别方法

提出了一种基于关键原子动作的视频事件学习与识别方法. 通过与或图来表示事件、子事件、原子动作之间的层次结构,以及子事件和原子动作间的时序关系,通过最小描述长度准则从训练数据中学习事件的与或图结构. 在此基础上,提出了一种事件中关键原子动作的学习方法,根据原子动作的重要性赋予相应的权值,该权值可以用于事件的实时解析,提高事件的识别率. 基于原子动作的权值及漏检数目定义了事件的可识别度,用于减少待识别的事件数目,进而提高事件识别的算法效率. 多种场景实验结果表明所提出的方法可以有效地进行事件识别.      

Planning to Plan-Integrating Control Flow

In many planning situations, computation itself becomes a resource to be planned and scheduled.We model such computational resources as conventional resources which are used by control-flow actions,e.g., to direct the planning process. Control-flow actions and conventional actions are planned/scheduled in an integrated way and can interact with each other. Control-flow actions are then executed by the planning engine itself. The approach is illustrated by examples, e. g., for hierarchical planning, in which tasks that are temporally still far away impose only rough constraints on the current schedule, and control-flow tasks ensure that these tasks are refined as they approach the current time. Using the same mechanism, anytime algorithms can change appropriate search methods or parameters over time, and problems like scheduling critical time-outs for garbage collection can be made part of the planning itself.     

混凝土结构空间多尺度环境作用研究

在分析混凝土结构所受主要环境作用的基础上,借鉴国外环境作用在空间尺度上的划分方法,针对中国的气候环境,建立了混凝土结构的空间多尺度环境作用模型框架,包括全局环境、地区环境、工程环境、构件表面环境和构件内部环境五个尺度,并得到了空间多尺度环境作用数学模型.以环境作用中的大气温度为例,在考虑各尺度上不同环境条件影响的基础上,由全局环境尺度上的环境作用值开始,通过地区环境、工程环境以及构件表面环境尺度上的逐步调整,最终计算得到混凝土内部的环境作用值,为混凝土结构的耐久性评估和设计提供依据.     

基于U规划图与动作效果相关的规划识别研究

针对支持动作效果是多个的情况, 智能体如何根据现有的信息为该效果确定最终的支持动作的问题进行了研究, 并给出了相应的FSas算法。FSas算法分别从命题层和动作层出发, 利用被观察到的动作效果或动作以及互斥计算减小了支持动作的空间, 从而求得最终支持效果的动作, 实现了规划识别。研究结果表明, 该算法不仅解决了支持动作效果的动作是唯一的情况, 而且进一步解决了支持动作是多个的情况。同时以实例说明了该算法的执行过程, 表明该算法是合理可行的。     

情态演算在行动推理中的应用

情态演算是专门设计来表示动态变化世界的一个二阶多类语言，它可作为描述动态系统的一个工具，在行动推理的应用中显示出其强大的表示能力和实现能力．在情态演算中，可以对行动进行公理化，可以描述行动的时间性、并发性及agent的信念和知识，可用Prolog实现在开放世界中带有感知行动的规划．讨论并介绍与这些应用有关的基本概念、思想，方法和最新的一些研究成果。