矿用管道机器人永磁同步电机的可拓优度模型

针对矿用管道机器人永磁同步电机选型设计存在的问题,本文提出了一种可拓优度模型与算法.首先,针对矿用管道机器人永磁同步电机选型设计过程进行分析,建立了矿用管道机器人永磁同步电机选型设计的评价指标体系;其次,由于评价指标的复杂性,给出了评价指标的权重处理方法以及评价指标的规范化处理方法,使得评价过程具有统一的度量标准;然后,在可拓理论的基础上,给出了矿用管道机器人永磁同步电机选型设计的可拓距与可拓优度计算模型,并给出了具体的算法实现步骤;最后,对某型号矿用管道机器人永磁同步电机设计实例进行分析,并实现电机本体设计.结果表明,本文给出的模型和算法具有良好的操作性和应用效果.     

基于虚拟斥力的多机器人遥操作算法的研究

针对多机器人遥操作系统多机器人协作中易于发生碰撞的问题,提出基于虚拟斥力的方法实现实时避碰.在每个机器人的周围预先设定安全区域,当有障碍侵入安全区域时,机器人与障碍之间产生虚拟斥力,迫使机器人的轨迹发生调整远离障碍.基于弹簧、阻尼系统建立虚拟斥力模型,将虚拟斥力作为机器人的扰动力,根据障碍类型给出机器人的避障调整函数.利用Rx60、Rx90两个机器人进行遥操作协作实验,实验结果表明基于虚拟斥力的实时避碰算法能够简单而高效地保证协作作业的安全性.     

基于协商的队形动态生成方法

基于层次可扩展队形描述框架HEFF,提出了基于协商的队形动态生成方法,可以在保持原队形形状不变的情况下动态扩展队形,以容纳新加入队形的机器人,并集成最大优先指派算法,实现了机器人到队形目标点的优化分派.该方法简单、灵活,能充分利用机器人之间的并行操作,快速有效地生成指定队形.     

基于危险源理论的油气管道安全管理模型的研究

为有效解决油气管道安全管理过程中灰色状态的问题,基于危险源理论分析了油气管道安全风险演化过程,构建了油气管道系统安全管理模型.该模型由安全风险辨识、安全风险预警、安全风险控制3个工作流串联而成;从危险源的事实属性出发,运用不确定性传递算法与扩展产生式规则,结合风险数据库推演出合理或近似合理的风险辨识结果;应用可拓学理论,将预警级别划分为无警(N1)、低预警(N2)、中预警(N3)、高预警(N4)4级,并对油气储运风险预警进行定性分析与量化计算;采用Java编程语言和Oracle数据库技术,设计了包括安全风险辨识、安全风险预警、安全信息化管理等功能模块的油气管道系统安全管理平台,并以某输油站场储油罐区作为工程实例验证了该模型与平台的可行性.研究结果表明:引入不确定性理论能有效解决油气储运过程中风险辨识主观、模糊等问题;经可拓风险预警模型计算,该储罐的级别变量特征值为2.0404,属于低预警范围,该结果与作业区实际吻合较好;采用信息化管理的手段弥补了经验式管理的缺陷,对风险数据的完整性与安全应急决策提供了良好的技术支持.     

基于APO的群机器人目标搜索仿真系统设计

针对群机器人目标搜索问题,采用拟态物理学优化算法作为群机器人的建模工具,参考优化个体间的引斥力规则建立机器人间的作用力规则,参考优化个体的质量函数构造有关机器人感知强度的虚拟质量函数,建立群机器人目标搜索模型。根据模型参数较多,要求查看群机器人搜索过程的特点,开发了基于拟态物理学优化算法的群机器人目标搜索仿真系统,实现了参数的灵活定制,动态演示群机器人搜索过程以及生成实验结果报表等功能。     

具有预警功能的四机器人安全系统数学模型构建

运用补充变量法和马尔科夫过程理论给出了可修复四机器人安全系统的数学模型.基于抽象柯西问题理论构建抽象柯西问题系统模型,运用半群理论解决此类系统解的适定性,在可修复机器人安全系统中引入预警功能.     

形式化故障树分析建模和软件安全性测试

阐述了安全性需求的形式化故障树表示技术,给出了一种基于形式化故障树最小割集的动态扩展安全性测试用例结构,并对满足安全性需求覆盖准则的测试用例自动生成算法进行了讨论。     

主动避障式管道机器人结构设计及动力学仿真

为了解决轮式管道机器人在管道内越障能力不足的问题,设计一种主动避障管道机器人,并运用ADAMS进行动力学仿真分析。首先分析了管道机器人结构原理和运动特性。随后运用ADAMS建立虚拟样机,对管道机器人的避障能力、直行能力以及过弯能力进行仿真分析。仿真结果表明,该管道机器人可自动适应148～152 mm管径;可通过的最小转弯半径为304 mm;可实现在管道内部主动避障,同时具有良好的动力特性。     

基于虚拟夹具的微创外科手术机器人运动约束研究

机器人辅助微创外科手术(RMIS)技术能够显著提高外科医生对手术的执行能力.然而,现有的机器人主从遥操作模式下所存在的不足之处(如手眼协调性差、可视空间狭窄、力反馈信息的缺失等)容易导致医生产生过度操作而引起机器人执行机构的碰撞干涉(包括机械臂之间的碰撞干涉及内窥镜杆与手术器械杆的碰撞干涉)和手术器械末端脱离手术视野,由此带来的安全性问题不容忽视.本文提出了一种基于虚拟夹具的微创外科手术机器人空间运动约束方法,以"MicroHand S"机器人系统作为应用平台,在进行机械臂构型及运动学分析的基础上,针对上述问题展开研究,通过构建碰撞干涉检测模型实时监测机器人执行机构之间及机器人与环境物体之间的相对距离,并设置相应的安全预警区域,采用人工势场与虚拟代理点相结合的方式对机器人执行机构的运动空间加以限制,从而达到对医生的操作动作进行合理的引导与约束,提高手术效率与操作安全性的目的.该方法无需构建复杂的几何模型,虚拟夹具的定义方便快捷,对于其他主从操作模式下的微创外科手术机器人系统及类似的人机交互环境具有普适意义.最终的虚拟仿真实验结果表明,在有、无虚拟夹具两种操作环境下,实验参与人员的表现有着明显的差异,从而验证了所提出方法的有效性.     

带被动踝关节的双足机器人动力学及步态研究

欠驱动双足步行机器人是仿人机器人领域研究的热点之一.针对带有被动踝关节的双足机器人,建立了五杆四驱动模型,对模型进行动力学分析.根据拉格朗日原理,建立机器人单足支撑动力学模型和基于碰撞的双足支撑动力学模型.建立完整的欠驱动双足步行机器人动力学模型.对机器人步态进行了规划.规划了欠驱动机器人的时不变步态;利用贝塞尔多项式拟合出虚拟约束的轨迹,给出了欠驱动机器人轨迹规划的算法;采用极限环方法,通过验证庞加莱回归映射不动点稳定性,验证了极限环的稳定性,从而验证了机器人步态的稳定性.