摘要：抛光作业通常是由手动完成,且工作环境恶劣,劳动强度大,抛光质量依赖工人技能的熟练程度,采用工业机器人代替人工进行抛光作业成为必然的发展趋势。研究设计了气压式恒力抛光装置,配置的六维力传感器可以检测抛光作业力的大小,采用模糊PID控制算法实现了抛光作业接触力的恒力控制。搭建的工业机器人抛光作业系统试验平台,可以进行不同PID控制算法的比较和静、动态抛光试验,验证了工业机器人恒力抛光装置及控制算法的可行性和有效性。

摘要：卒中后早期的被动康复训练可以促进患者脑神经重塑甚至重获肢体运动能力。多数上肢康复机器人中,只将参数化规则曲线作为被动训练的轨迹,没能融合康复医师的经验及患者的个体特征,缺乏3维个性轨迹的光滑优化;此外,训练过程中的安全柔顺交互的问题未得到解决。针对以上问题,本文基于新型末端牵引式3自由度上肢康复机器人开展轨迹个性化定制优化以及跟踪控制研究。首先,在笛卡尔空间应用导纳算法及力补偿策略实现理疗师对轨迹的定制。然后,用道格拉斯–普克法压缩原始轨迹数据得到型值点,保留初始轨迹的拓扑形状。接下来,用非均匀有理B样条曲线(non-uniform rational b–spline,NURBS)进行插值,并融合动态切换概率和t变异改进蝴蝶优化算法(butterfly optimization algorithm,BOA)优化拟合的轨迹。最后,设计基于径向基(radial basis function,RBF)神经网络的滑模自适应以及速度前馈加比例–积分–微分(proportional–integral–derivative,PID)的控制策略实现末端轨迹跟踪,并增加导纳–阻抗控制形成基于力阈值的多模式柔顺跟踪控制,保证人机交互力较大时患者的安全。结果表明:定制机器人末端轨迹的拖动力在5 N以内;改进的BOA算法具有更高的收敛速度和精度,优化的轨迹曲率和更小;轨迹跟踪控制策略可以将跟踪误差控制在6 mm内;模式切换在0.3 s内响应,能顺应较大交互力,从而提高训练的安全性。

摘要：针对主动康复训练中出现训练懈怠、控制器和训练表现表征指标复杂、训练任务不能动态调整的问题,提出基于速度场与意图角的双重变导纳控制策略。在期望轨迹周围设计速度场后基于双曲正切函数将患者主动力映射到导纳参数中,设计变导纳控制器。只有患者施加主动力时,导纳控制才能输出机器人运动的驱动力,迫使患者主动参与。将末端交互力矢量与速度矢量的夹角定义为意图角,利用位于[0,π/2)内意图角出现的时间在单次训练时间中的占比γ表征患者的主动控制能力。训练中,根据上一轮的γ来修改导纳参数的上限值,从而改变训练任务的难易程度。在控制策略下进行了6轮训练,结果表明:提出的主动训练策略能够在患者施加主动力的情况下实现三维轨迹允许误差范围内的无时序跟踪训练;根据设计的表征指标,导纳参数可以从1100变为1200再变到1100,单轮的训练时间从45.6 s变为31.82 s再变回46.9 s,期间患者输出的主动力总和从892.2 N变为694.4 N再变到1014 N。训练策略可以根据表征指标来判断患者的主动训练能力并调整训练任务,可用于主动康复训练。

摘要：针对脑卒中患者因大脑神经损伤而造成的上肢运动功能缺失,结合镜像疗法的机器人辅助训练可通过促使双侧肢协同运动来有效地促进大脑神经元重塑,从而实现运动功能恢复。为此,将镜像康复理论、虚拟现实技术和机器人技术有效结合,提出一种体感交互式上肢镜像康复训练机器人系统。使用动作捕捉设备采集患者健肢的位姿信息,通过设计人机镜像运动映射算法来映射上肢康复训练机器人的运动轨迹。考虑到康复治疗的柔性需要,该机器人的关节采用基于比例压力控制的摆动气缸来驱动;同时,针对气动系统的特性,设计了PD(proportional differential,比例微分)+速度前馈补偿的轨迹跟踪控制策略,实现了双侧肢协同运动的镜像康复训练。通过对机器人系统样机进行复合运动轨迹规划试验和镜像康复训练试验,验证了该系统在镜像康复治疗中的可行性和有效性。所设计的机器人系统为人体双侧肢协同运动的康复训练临床需求提供了设计思路和实现方法。

摘要：针对日益增多的脑卒中和各种原因导致的下肢运动功能障碍患者的康复训练需求,基于一种末端牵引类型的卧式下肢康复机器人,分析了机器人系统的总体设计,运用D-H参数法建立人腿与机器人的运动学模型和映射关系,得出人机一体化模型,结合现代康复理论设计了多种康复训练动作与模式,辅助下肢运动障碍患者进行髋、膝、踝关节的单个或组合训练;通过直抬腿康复动作实验,采集电机编码器采集机器人关节位置跟踪情况,进行误差分析,结果符合预期,康复训练动作规划满足要求。

摘要：针对脑卒中等原因引起的下肢运动功能障碍患者日益增多,本文设计了一种卧式下肢康复机器人。通过对该机器人的结构、运动学和髋、膝、踝关节运动范围的分析,结合现代康复理论,设计了多种康复训练模式;在机器人末端结构上采用柔性关节的设计,保证了康复训练的柔顺性;运用S型轨迹规划原理与所设计的康复训练模式相结合,在Simulink上对机器人髋膝双关节和髋膝踝多关节运动轨迹进行了仿真分析;最后通过设计空中蹬自行车模式的实验验证了卧式康复机器人结构的合理性以及康复训练模式的科学性。

摘要：针对药物生产线上药品分拣、包装等繁重的工作任务,设计了基于三维视觉的散乱堆叠药盒抓取系统。根据药盒点云数据均为特征均匀的矩形或方形平面这一特征,基于点云预处理与区域生长算法设计了堆叠药盒场景点云的分割算法,并提出了通过计算药盒上表面点云质心以及质心点表面法线获取药盒位姿的方法。实验结果表明:系统能够准确地完成场景点云分割,准确地获取位姿信息,精度高,鲁棒性好,适用于散乱堆叠药盒的抓取。

摘要：为提高螺丝锁付装置的锁付效率,课题组针对锁付过程中最频繁的取放料操作进行时间寻优轨迹规划。课题组以旋量理论建立运动学模型,基于运动合成的思想,采用多段六次多项式插值算法进行规划轨迹,并结合改进粒子群算法得到时间插值节点的优化解。仿真实验结果表明:采用改进粒子群算法,在迭代约40次时算法达到收敛,轨迹所需时间相对于优化前缩短了约30%;关节空间下各关节的位置、速度和加速度曲线连续平滑,无明显突变,末端笛卡尔空间下轨迹满足取放料轨迹的设计要求。该时间最优轨迹规划的方法有效提高了螺丝锁付装置的工作效率。

摘要：对标新时代研究生教育改革对人才培养提出的新要求,结合系统建模与响应课程的综合性、学科交叉性特点,以多学科融合工程应用为目标开展教学改革。通过对教学内容的重塑和递进探究式教学方法设计,从知识创新与实践创新的角度提升课程知识点的高阶性和挑战度。课程的教学改革有效提高了研究生的科研创新能力,为机械类研究生培养和相关专业的教学改革提供了参考。

摘要：随着机器人工作范围越来越广泛,运行环境情况也更加复杂,为了解决传统刚性连杆多足机器人对环境适应性不足,设计一种采用柔性材料、基于Arduino平台控制的气动仿生四足机器人。机器人本体采用16根气动人工肌肉进行驱动,单腿配置采用菱形布局的4根气动人工肌肉,模拟生物肌肉驱动通过气动人工肌肉组对以充放气实现的拉伸力摆动四足。通过Arduino编程协调16个开关量的先后顺序改变三位五通电磁阀的工作位来控制四条腿的摆动顺序,从而对机器人进行步态规划,并通过相关实验实现了多种步态动作模式。