基于数字制造环境的可重构装配线仿真分析平台

以某汽车变速箱装配生产线制造系统为背景,应用多Agent制造及Holon制造模式改造传统装配生产线以提升其柔性与重构能力·针对基于agent与holon混合思想的可重构装配生产线的基础框架与实现等理论提供分析验证环境,提出应用数字制造技术构建面向可重构装配线的数字仿真验证平台·在分析面向重构装配线的仿真平台功能特征的基础上,构建了数字仿真验证平台的框架·研究了仿真平台开发中的系统集成、可视化仿真、可重构装配线性能分析等关键技术,最后给出了仿真平台的实例系统·     

基于AFM的淋巴瘤细胞成像及其机械特性测定

原子力显微镜(AFM)以其独特的成像方式, 为在细胞水平和分子水平获取细胞生理状态的新认识提供了技术手段. 研究了近生理环境下基于AFM的Burkitt淋巴瘤(Burkitt’s lymphoma, BL)细胞成像及其机械特性的测定, 探索了基于多聚赖氨酸的悬浮细胞固定方法, 并在此基础上实现了AFM对BL细胞表面形貌及其超微结构的高分辨率成像; 对活体BL细胞以及戊二醛固定后的BL细胞的机械特性进行了测定, 验证了Hertz模型对BL细胞机械特性描述的有效性, 同时揭示了戊二醛的引入将导致BL细胞硬度的显著增加. 实验结果为近生理环境下悬浮细胞的高分辨率形貌表征和机械特性测定提供了技术思路和实验方法, 同时为在单细胞尺度上探索可用于疾病早期快速诊断和个性化治疗的新生物标记奠定基础.     

基于原子力显微镜的阳极氧化技术及其在碳纳米管氧化切割与焊接中的应用

探针阳极氧化是构建纳米结构,制造纳米器件的重要技术之一,本文对该技术中基于原子力显微镜（AFM）的阳极氧化进行了新的研究．通过对氧化加工中微观电场在基底表面分布情况进行模拟,分析了氧化结构的特征与电场分布的关系,通过实验研究分析了不同加工因素对氧化加工的影响．在这些研究基础上利用AFM阳极氧化技术实现了对碳纳米管（CNT）的氧化切割及焊接,为CNT基纳米器件的装配及制备提供了新的技术途径．     

基于原子力显微镜的石墨烯可控裁剪方法研究

石墨烯是一种新奇的纳米材料,其电学特性与几何构型密切相关,因此特定几何构型的加工技术是石墨烯基纳米器件走入实际应用的关键．然而迄今为止,还没有能够快速、低成本实现上述目标的方法．本文提出了一种基于原子力显微镜（AFM）机械切割的石墨烯裁剪方法,实现了各种石墨烯纳米结构如纳米带、三角形等的可控加工;探索了载荷与裁剪效果之间的关系,同时结合旋转基底法实现了AFM针尖效应对切割力检测影响的有效克服,在理论和实验上系统研究了晶格切割方向对纳米切割力大小的影响．本研究表明实时切割力可以作为纳米加工过程的状态反馈信息来指引纳米切割的进行,这为实现晶格精度的石墨烯可控加工奠定了理论与实验基础,由于该方法还具有与并行探针相兼容的优点,因此有望在规模化、批量化、低成本的石墨烯基纳米器件制造中发挥重要作用．     

无人系统的自主性评价方法

未来不管在军事领域还是民用领域,用于陆、海、空、天的无人系统将发挥巨大作用.要实现无人系统的自主作业能力,对自主性进行评价非常关键.针对无人系统的自主性评价问题,本文首先对自主性基本概念、自主性评价的意义进行论述,然后对现有评价方法进行综述和分析,旨在基于关键技术和技术成熟度两个方面的分析,采用一种普适性的评价模型"蛛网模型"对自主性进行评价.这种模型通过确定不同类型无人系统评价模型中纬线和经线的数量/数值,可综合处理经线的互耦合、高维度、多样性等因素,对无人系统自主性评价有一定参考意义.     

机器人化岩石研磨器的运动学分析

机器人化的采样工具是星球探测机器人的重要组成部分, 可用以发现其他星球上是否存在水、生命和资源. 要实现地质考察, 必须先清除星球岩石表面的尘埃和风化层; 机器人化岩石研磨器可用来代替地质学家的岩石锤, 执行地质考察的任务. 本文研制了一台三自由度的机器人化岩石研磨器的样机. 研磨系统采用行星传动, 具有双输入(旋转电机和绕转电机)和双输出(研磨轮和去屑刷). 研磨轮上有两颗研磨牙用以磨削岩石, 去屑刷用以清除研磨表面. 机器人化岩石研磨器的第三个电机用来实现研磨系统的进给. 对研磨系统的运动学进行了分析, 为了得到连续、光滑的被研磨面, 进一步对研磨轮的轨迹进行了分析和规划. 最后, 在石灰板上进行了研磨实验, 验证了机器人化岩石研磨器系统的基本功能和可行性.     

变形机器人倾翻稳定性仿真分析

凹凸不平的非结构环境中,移动机器人由于系统的倾翻将导致系统损害、作业失败等一系列问题。变形机器人可以通过构形的变化来提高系统的稳定性和抗倾翻能力。理论分析了移动机器人的倾翻问题,提出稳定锥方法和倾翻性能指数对移动机器人的静、动态稳定性进行综合判定,讨论了三模块履带机器人变形过程中的倾翻稳定性变化,同时仿真比较了机器人的五种能动构形在仰俯、偏转、倾斜等干扰组合作用下的倾翻性能。理论与仿真研究为变形机器人投入到实际应用提供了参考。     

一种可重构模块机器人中心构形的选择方法

可重构模块机器人具有多种构形以适应不同环境和任务的要求，构形的多变增加了构形研究的难度．在可重构模块机器人的众多构形中，中心构形作为可重构模块机器人的首选构形或基准构形，对系统的实际应用有重要参考价值．文中提出了一种在所有构形中选择一个中心构形的方法．根据构形之间可以相互转化的拓扑特征，利用网络图中的基本思想和原理对可重构模块机器人的构形进行建模；相应定义了构形转换耗值矩阵和构形中心因子，根据最大构形中心因子可以对中心构形进行选择．以中国科学院沈阳自动化研究所研制的三模块可重构机器人AMOEBA-1为例，利用仿真计算的结果对机器人9种构形的中心因子进行计算和比较，验证了该方法的可行性．最后根据构形邻接数，给出了中心构形选择方法的应用举例．此方法还可以适用于其他可重构模块机器人系统中心构形的选择．     

SWCNT的脉冲气流定向排列及AFM操作

在利用单壁碳纳米管(SWCNT)进行各种纳电子器件阵列的制备过程中, SWCNT的定向排列及排列阵列中部分金属性SWCNT的电特性改性是关键环节之一. 提出并采用基片下倾脉冲气流定向排列方法, 实现了SWCNT的可控定向排列, 初步实验表明84%的SWCNT排列方向与脉冲气流方向相差在-15°~15°内; 然后利用改造后的原子力显微镜(AFM)纳米操作系统对定向排列后的单根SWCNT进行了各种操作, 实现了Y型SWCNT的分离、SWCNT端部催化剂颗粒的去除、SWCNT上连续纳米纽结(buckles)的制造及拉断等工作, 从而为实现SWCNT尺寸与形状的控制及其电特性的改性提供了一条可行途径.     

具有自适应能力的轮-履复合变形移动机器人的移动机构与地面约束关系分析

针对非结构环境中路面软硬相间、平坦与崎岖并存的地形特征,提出并研制出一种对非结构环境具有自适应能力的轮-履复合变形移动机器人（NEZA-I）.NEZA-I由控制系统单元、尾轮单元和两个相同的可变形轮-履复合（Transformable wheel-track,TWT）移动模块组成.每个TWT模块能够在一个驱动力的作用下以轮式和履带式两种运动模式在复杂路面上运动,也能根据地面约束力而改变运动模式（即＂轮式-履带式互换＂）和调整运动姿态（即＂改变履带几何形状＂）.本文旨在介绍NEZA-I机器人的基本结构、驱动系统原理、运动模式及姿态,分析TWT模块内部构件之间运动关系,建立NEZA-I在一些典型的运动情形下移动机构与地面之间的约束关系的数学模型,探究TWT模块内部机构参数对机器人环境自适应性能的影响,优化机构参数.实验表明：NEZA-I移动机构平台具有较强的环境自适应性和越障性能,机构参数的优化结果是合理的,所建立的相关数学模型及参数的分析方法是正确的.同时也验证了NEZA-I自适应移动机构平台概念的可行性,从机构学的角度为机器人环境自适应性的研究提供一个思路.