摘要：无缆磁控微型机器人由于其尺寸小、质量轻,在生物医疗、微操作领域等都有着广阔的应用前景。设计一种十字叉形磁控微型软体四足机器人,采用水母模式、螺旋桨模式实现机器人的水下运动。首先分别对磁控四足机器人的水母模式和螺旋桨模式进行动力学分析,然后通过静态特性和动态特性分别对两种模式进行仿真与试验的对比分析,研究磁场强度与弯曲特性的关系、水母模式拍打幅度、频率与速度的关系,螺旋桨模式步长与圆锥素线角、频率与速度的关系等。在此基础上,通过设计控制信号分别在两种模式下实现在水下的垂直向上、悬停、水平移动等多个动作,并实现简单路径跟踪试验,磁控微型四足水下机器人的仿真与试验为微型机器人的应用提供了新思路。

摘要：磁弹性材料设计的毫米级微型游泳机器人可通过外部均匀磁场实现连续形变来完成游泳动作,通过视觉反馈能提高机器人的路径跟随精度,但在复杂背景下机器人的视觉闭环控制易发生识别错误、跟踪失败等现象。针对上述问题,首先获取复杂环境下的障碍物信息,提出改进RRT*算法(IIC-RRT*)进行路径规划,同时基于环形平滑标签的YOLOv5识别跟踪算法(CSL-YOLOv5),在复杂背景下对微型游泳机器人的中心位置与旋转角度进行实时更新。在此基础上进行微型游泳机器人在障碍物复杂背景下的位置与角度的双闭环伺服控制,试验结果表明,提出的路径规划算法改善了路径生成的效率与平滑性,识别跟踪算法提高了微型游泳机器人的识别稳定性与精确性,为磁控微型游泳机器人在复杂背景下的精确控制提供了新思路。

摘要：基于磁弹性复合材料设计一种毫米级微型游泳机器人,利用三维亥姆霍兹线圈实现空间均匀磁场对机器人的无缆驱动,通过时变旋转磁场来改变机器人的运动姿态,从而实现机器人的游泳动作。介绍微型游泳机器人结构及制作流程,并利用Abaqus建立仿真模型,通过有限元仿真和试验对机器人的游泳特性进行对比分析,研究磁场频率、强度对游泳速度的影响。在此基础上,采用改进型视距导航控制方法提高游泳机器人的抗干扰能力,同时提出一种速度模糊自适应算法和头尾转换控制实现了对复杂规划路径的精确跟踪,试验结果表明,该算法能克服常规匀速视距导航控制易发生跟踪点丢失、无法再次回归跟踪路径等缺点,并能很好地减小路径跟踪误差,为磁控微型游泳机器人的精确控制提供了新思路。

摘要：行星齿轮箱是大型机械装备的核心传动环节,其内部关键零部件故障发生的部位与形式多样,威胁机械装备的安全服役.针对其不同部件的多类故障诊断问题,提出一种基于改进的胶囊网络(enhanced capsule ntwork, ECN)的“端到端”智能故障诊断方法. ECN充分发挥了卷积神经网络对故障特征的深度提取能力,同时具备胶囊结构矢量化挖掘特征空间信息的特点,可利用动态路由机制计算胶囊层之间的相关度,从而实现对故障特征的精准归类.此外,建立的间隔损失函数与输入数据不断优化模型参数,实现了对故障的智能诊断.对太阳轮、行星轮以及多类部件故障数据混合的情况分别开展分析,实验结果表明, ECN相比传统卷积神经网络和胶囊网络均表现出更强的故障诊断能力.

摘要：为实现微型机器人无缆驱动,设计一种基于磁弹性复合材料的磁控微型软体爬行机器人,通过三维亥姆霍兹线圈构建变换空间磁场,控制磁性材料产生磁力矩,并耦合机器人重力、摩擦力及自身的弹性变形,使得机器人实现多个连续的姿态变换,完成爬行动作。介绍微型软体爬行机器人结构和制作流程,建立机器人准静态力平衡方程,利用Abaqus有限元仿真和试验对比分析了机器人弯曲变形、接触面摩擦、爬行步长、转向等运动特性,在此基础上建立机器人爬行动作的速度模型,研究控制信号频率与幅值对机器人爬行速度的影响,并最终实现爬行机器人的路径规划控制。试验和仿真结果表明,该机器人能实现在xy平面内任意方向的爬行动作,为进一步揭示磁控微型机器人的运动特性及规律奠定了基础。

摘要：为检测微弱超声振动信号,设计了一个具有较高检测灵敏度的光学外差干涉系统。采用相干性高的线偏振光作为光源,提高了有效干涉强度;利用光阑消除光学噪声,并有效控制回授光对光路的影响;最后,以1级光作为参照光,使光路调节简单易行。实验结果显示,用主频为62.42 kHz、幅值为74 V的方波信号激励超声探头作为振动信号源时,测得的振动信号频率和幅值分别为62.38 kHz和76.4 mV,表明该系统能满足微弱超声振动检测要求。

摘要：为提高开放式伺服系统的动态性能,使其具有良好的适应能力,提出一种基于LuGre模型的自适应摩擦补偿方法。建立开放式伺服系统的动力学模型,并通过LuGre模型来描述系统的摩擦特性。考虑到摩擦模型的参数会随系统变化而发生改变,采用Backstepping方法设计自适应摩擦补偿控制器,并采用Lyapunov定理证明系统的全局渐进稳定性。通过可编程多轴控制器(Programmable multi-axis controller,PMAC)编写伺服算法实现该自适应摩擦补偿方案,并通过试验验证该方案的有效性。试验结果表明:与传统的速度加速前馈补偿相比,该自适应摩擦补偿方案在正弦运动作为输入信号时,其跟踪误差由±40μm降低到±7μm。采用该补偿方案能有效地抑制摩擦干扰对伺服系统的不利影响,为提高伺服系统的动态跟踪性能奠定基础。

摘要：为建立具有良好动态性能的开放式伺服系统,针对自适应摩擦补偿对未知建模误差和扰动抑制能力较弱的问题,提出了一种基于修正黏性摩擦Lu Gre模型的自适应滑模摩擦补偿方法.建立开放式伺服系统的动力学方程,并结合修正黏性摩擦Lu Gre模型,提出伺服系统的状态方程.根据反演设计的思想,设计自适应滑模摩擦控制器以及相应的自适应律和切换函数,并分析了其全局渐进稳定性.通过可编程多轴控制器(PMAC)实现了该补偿控制方案在开放式伺服平台的应用,并通过实验验证了其有效性.实验结果表明:与自适应摩擦补偿相比,该自适应滑模摩擦补偿方案在输入信号为正弦信号时,伺服系统的跟踪误差由±6.9,μm降低到±4.1,μm.采用该补偿方案可有效地抑制摩擦及其他不确定干扰对伺服系统的不利影响,进一步提高伺服系统的跟踪性能.

摘要：针对高速高准确度滚珠丝杠伺服控制系统,提出一种基于Stribeck模型的滑模自适应摩擦补偿控制方法。采用PMAC运动控制器搭建开放式控制平台,建立伺服系统的动力学模型,并通过Stribeck模型来反映系统的摩擦特性。采用Backstepping方法设计自适应滑模摩擦补偿控制器,并采用Lyapunov定理证明系统的全局渐进稳定性,最后通过编写伺服算法实现该摩擦补偿。实验结果表明:与速度加速前馈控制补偿相比,当输入速度为10 mm/s信号时,自适应滑模摩擦补偿其跟踪误差由35μm降低到±4μm;当输入速度为100 mm/s信号时,自适应滑模摩擦补偿其跟踪误差由98μm降低到±4μm。采用该补偿方案能有效抑制伺服系统的摩擦干扰,提高伺服系统准确度和动态跟踪性能。

摘要：研制一种具有滚压、滑动加载功能的组合式生物反应器,采用摩擦补偿方法提高系统的性能和控制精度。控制系统以PMAC控制器为核心,以直线电机、伺服驱动器、光栅尺形成全闭环,通过编写运动控制程序实现滚压、滑动加载功能,并基于改进型Lu Gre模型的摩擦补偿抑制摩擦干扰。实验结果表明:该生物反应器能模拟软骨组织的加载功能,重复定位准确度<3μm,稳态误差通过摩擦补偿后能控制在±4μm以内。该生物反应器能模拟人工软骨的力学环境构建组织工程,实现微米级别的控制,为后续软骨的力学生物学研究奠定基础。