双并联机构耦合连续体机械臂的设计与实现

设计并实现了具有5个定位自由度的连续体机械臂,以提高连续体机构在诸如腔内作业、轻物品抓取、人机协作等场景中的灵活定位能力.设计中,引入了二段定曲率模型,用旋量方法从几何上解释了该设计的自由度分配.两段可伸缩式并联机构的串联耦合,形成二段弯曲结构,其每一段有两个方向的弯曲自由度和一个伸缩自由度,从而组合出末端的5个自由度.围绕手臂的高动态性能,制作了样机的机电运动系统.实验结果表明,样机实现了连续体机械臂末端的自由度控制,可在2 s内到达极限姿态,其定位精度约为臂长的2%.     

漂浮基空间机械臂基于速度滤波器的鲁棒控制

讨论了载体位置不受控、姿态受控情况下,自由漂浮空间机械臂基于速度滤波器的姿态、关节协调运动鲁棒跟踪控制问题。系统动力学分析的结果表明,结合系统总质心定义得到的系统动力学方程为系统惯性参数的线性函数,而由动力学方程得到的控制方程系数也可以表示为一组适当选择的惯性参数的线性函数。以此为基础,针对末端抓取载荷未知及仅有精确姿态、关节位置反馈的情况下,利用速度滤波器生成关节空间的伪速度,设计了基于伪速度的关节轨迹鲁棒跟踪控制方案。该控制方案的显著优点为不需要测量、反馈漂浮基的位置、移动速度、移动加速度和载体姿态及各关节铰的转动速度、转动加速度。系统的数值仿真,证实了方法的有效性。     

具有抗凝功能的可交联四臂星形聚己内酯的合成及其电纺丝加工的研究

采用季戊四醇／辛酸亚锡引发体系通过开环聚合制备了四臂星形聚己内酯。将丙烯酰氯和肝素分别引入到四臂聚己内酯的端基上。以赋予材料可交联和抗凝性能。采用GPC、红外、核磁等表征了四臂星形聚己内酯的结构与性能。静态接触角和吸水率测试结果显示接枝肝素后聚己内酯的亲水性明显增强。采用紫外定量表征了肝素化聚己内酯表面的肝素含量。体外凝血时间的明显延长说明了肝素化后材料具有了抗凝性能。在添加适量光引发剂的情况下用紫外光对含有丙烯酰氯基团的肝素化聚己内酯进行了原位交联。力学测试表明光照后材料的拉伸强度明显提高。最后对材料通过静电纺丝技术成型管状支架作了初步研究。表明本文合成的抗凝可交联聚己内酯材料在血管组织工程领域具有良好的应用前景。     

带不平衡负载的三相四桥臂逆变器的研究

文章对三相四桥臂逆变器的控制系统进行设计,建立了基于对称分量法和双同步旋转d-q坐标系的双环控制结构,电压外环和电流内环均采用前馈解耦的控制策略,使三相四桥臂逆变器具有带不平衡负载的能力.最后,以1.5 kW三相四桥臂逆变器装置进行实验,实验结果验证了上述方案的正确性和有效性.     

基于PLC的超声波清洗流水线控制系统的设计

利用超声波清洗金属表面油污可实现高效环保,PLC用于流水线控制可使系统设计简便可靠并且抗干扰性强。文章解决了吊篮随机呼叫和机械臂到位两个问题,实际运用证明：控制系统运行可靠,反应快捷,控制界面设置方便。     

月面采样机械臂采样位形分析与优选

在月面采样任务中,受土壤反作用力、能耗等因素影响,机械臂采样位形会影响其采样性能.为了准确评估采样位形对采样性能的影响,提高采样任务执行的可靠性,提出了机械臂采样位形分析方法与优选策略.首先,分析机械臂与采样器、采样器与铲挖执行机构之间的耦合关系,建立机械臂与采样器的联合动力学模型;其次,分析采样过程中机械臂位形与土壤反作用力、机械臂末端抗偏移能力、关节运动行程以及运动能耗之间的关系,并构建量化指标对采样性能进行评估;进而,根据构建的采样性能评价指标,构建考虑采样点区域、关节轨迹等多种约束的多目标最优化问题框架,设计基于NSGA-2多目标遗传算法的采样位形优选策略;最后,以嫦娥五号采样机械臂为对象进行实验分析.实验结果验证了本文提出的采样位形分析方法与优选策略的有效性,相关结论为嫦娥五号采样机械臂实际采样指令的生成提供了参考依据.     

柔性医用机械臂末端空间定位误差建模与分析

柔性医用机械臂末端定位的精准性对放疗非常重要,针对柔性医用机械臂末端空间定位精度差这一问题,分析机械臂的关节减速器动态回转误差和连杆柔性引起的末端空间定位误差。利用拉格朗日法建立了柔性医用机械臂的动力学模型,分析RV减速器的动态回转误差,建立RV减速器摆线针轮回转副的啮合刚度模型;在关节传动误差与连杆柔性的耦合作用下建立柔性医用机械臂末端空间定位误差模型,采用近似方法对机械臂动力学模型进行逆动力学求解,并拟合得到RV减速器输出驱动力矩和臂杆模态响应函数,通过仿真对比分析关节减速器RVSHPR-110E、RV320E、RV40E,发现RV减速器的刚度越大其产生的关节传动误差越小,从而造成机械臂末端空间定位误差也就越小。研究为柔性医用机械臂末端空间动态定位误差的补偿提供了理论依据。     

机械臂逆运动学避障最优求解算法

针对多自由度机械臂在障碍物环境下逆运动学求解存在多解性和碰撞问题,提出了一种将碰撞检测算法、最短行程方法与差分进化算法相结合的具有避障能力的机械臂逆运动学最优求解算法。首先,以六自由度机械臂为研究对象,对机械臂和障碍物进行建模,并建立求逆运动学解的目标函数,目标函数由末端执行器位姿误差函数、目标角度与初始角度之间的变化量函数、碰撞检测函数加权求和组成;其次,利用差分进化算法对目标函数进行最优求解,为了减小函数权重对求解速度和精度的影响,设计了一种自适应权重优化算法,使得求解关节角度在优化求解初期快速达到最短行程位姿角度附近,而在优化求解后期具有更高的求解精度,即可求得具有避障能力、行程最短且高精度的最优逆运动学解;最后,以UR5机械臂为例,通过MATLAB软件中的Robotics Toolbox工具箱对所提算法进行仿真验证,验证了所提算法的有效性。     

冗余自由度操作臂动态特性的合理测试

操作臂的动态特性对机器人的控制和作业有重要影响,所以操作臂动态特性测试和分析是机器人开发研究和性能评价的重要方面·通过１台新开发的冗余自由度主从操作手从动态测试的研究,探讨了不同位姿,位姿保持方法和不同激振点、拾振点布置条件下的动态特性和模态分析结果,提出了合理规范的操作臂动态特性测试评价方法,并给出了传感器和分析仪器的合理配置,这一工作将为机器人操作臂动态特性测试评价工作的规范、统一乃至形成标准有所帮助·     

柔性三坐标测量臂精度的优化设计

对一种6自由度的柔性三坐标测量臂进行了研究分析,推导出了其测量方程与测头位置的误差方程,并以此为基础,尝试对各个杆件长度参数进行优化分析,使得测头位置误差达到最小.所得结果对测量臂机械结构的优化设计具有一定的意义.