摘要：指尖作为触觉感知最为敏感和丰富的部位,通常与交互物体直接接触,其小尺度和精细化的感知特性使其对细微触觉信息的感知和处理能力至关重要.然而传统触觉感知系统中存在多点数据处理复杂度高以及动态特征提取效果不佳等问题,为此,本文受人类触觉感知机制的启发,提出了一种机械手指尖仿生感知系统.首先,本文设计了一种可装载式仿生机械手指,模拟指尖皮肤触觉感受器的功能,采集触觉信息并构建多样本触觉数据集.其次,本文针对指尖小尺度精细化触觉感知响应机理,提出了一种基于时频定位的触觉信号耦合方法,用于处理和分析触觉数据.阵列式多触点响应信号经时空频率编码转换为复合时域信号,进一步结合短时傅里叶变换生成保留时间特性的触觉特征频谱图,模拟人类神经系统对触觉信息的整合、解耦与处理过程.最后,通过改进的卷积神经网络对二十六个英文字母进行分类实验验证.实验结果表明,本文提出的指尖仿生感知系统以及基于时频定位的触觉信号耦合方法在小尺度精细化指尖触觉时序数据处理方面具有很好的实用性,能够有效地实现不同纹理信息的物体的分类识别,分类精度达到99.61%.

摘要：根据人手三指节结构,提出纤维增强式三腔体仿人软体机械手和新型布管方式.采用Neo Hookean模型建立了软体机械手单指的大变形数学模型,分析了软体机械手单指的形变特征,建立了弯曲模型和扭转模型.采用Ecoflex 00-50与Dragon skin 30进行1∶1比例混合制作软体手指,并利用测试数据对理论模型进行了误差修正.结果表明,提出的新型软体手指结构的理论模型和实际测量数据一致,相对于其他结构,新型布管方式增加了整体的稳定性,得出的结论可为仿人软体机械手的发展提供理论支撑.

摘要：针对基本快速扩展随机树(RRT)算法在路径规划中具有树的扩展随机性大、冗余节点多、容易在目标点周围发生振荡、规划的路径较长等问题,提出了一种改进的RRT算法。该算法首先采用目标偏向策略,通过引入动态权重系数使树尽可能地在向目标点进行扩展的同时又能够即时地避开障碍物;利用自适应扩展步长减少树在目标点附近的振荡;最后,对路径进行剪枝处理,并用三次B样条曲线对剪枝后的路径进行平滑处理。仿真分析的结果表明,与基本RRT算法相比,改进的RRT算法有效减少了冗余节点数,规划的路径更短,减少了19.56%,同时规划时间大大降低,减少了54.08%,有效地提高了路径规划的效率。

摘要：为了提高轮毂加工的质量和效率,设计并研制手腕偏置的磨抛机器人,该手腕机构关节5可实现360°旋转、提高了末端灵活性。但机器人不满足Pieper准则,逆运动学方程复杂、高度非线性、耦合性强,有效准确地求解逆运动学困难。为解决这一问题,提出了一种逆运动学快速求解方法,该方法构建了新型的非线性方程,将传统的六个关节角度求解简化为三个关节角度求解。基于该方程,提出了由粗到精的两步法求解逆运动学,第一步估算多组关节角度初始值,基于当前关节角度选取初始值,可避免局部最优问题,提高求解稳定性;第二步根据初始值精确求解所有关节角度值,并对4、6轴共线时的多组解问题,给出了机器人特殊状态的解析解。仿真试验从精度、效率、多组解等指标验证了逆运动学算法满足轮毂磨抛加工要求,并在轮辐加工路径中进一步证明了其有效性。

摘要：传统无损检测技术不能满足机械设备状态监测的需求,无损云检测技术是状态监测领域的未来发展趋势,也是设备健康管理基于大数据的必然需求。首先,归纳总结了无损检测和云检测的含义,基于此定义并分析了无损云检测的概念,明确无损云检测的四大优势;其次,阐明无损云检测的三个发展阶段,依据功能要求构建出数据流程和系统架构;最后,从仪器、系统两个层面分别进行设计开发和工程应用,通过对无损云检测仪器和系统架构的设计分析,研制声发射云检测仪器设备、搭建大型游乐设施健康监测和管理云平台。实现设备监测、故障诊断、结果可视化等动态管理功能,较好实现无损云检测的综合应用,从云检测角度提供大型游乐设施综合管理新的解决方案,为后续智能检测的研究提供参考并奠定基础。

摘要：将体积、扭转刚度和传动效率作为优化目标,构建了RV减速器的多目标优化模型。为提高设计效率并节省计算开销,结合NXOpen C++与Abaqus Python二次开发技术,建立了部分扭转刚度的Kriging代理模型。为解决多目标混合整数非线性规划问题,提出了MP-NSGA-Ⅱ(mixed population-NSGA-Ⅱ)算法,改进了离散变量的编码方案。利用PySide2开发了一体化结构RV减速器设计软件,并分析了优化目标间的耦合关系。将熵权法选优后的结构参数与BAJ-25E比较,验证了该方法的有效性。

摘要：由于机器人设计过程中需要反复计算机器人工作空间,提升工作空间的计算效率与精度具有重要意义。本文针对传统方法求解工作空间精度不高、速度慢的问题,提出了改进方法。用传统方法生成种子空间并离散为多个子空间,利用正态分布拓展工作空间点数量不足的子空间,并根据拓展后工作空间点的位置调整正态分布参数,得到可达工作空间。进一步,利用可操作度值评估机器人的灵活性,从可达工作空间筛选出灵活种子空间,利用可调参数的正态分布拓展灵活种子空间边界,得到灵活工作空间。以6轴机器人为对象,对本文方法进行仿真分析。结果表明,本文方法在保证求解精度的前提下可极大的提升求解效率,为后续的机器人优化设计提供了便利。

摘要：视网膜下注射人胚胎干细胞是治疗视网膜变性的一种有效术式,该术式对医生手术操作的精准性、稳定维持能力、安全性均提出了很高的要求。为此,提出一种基于主从式机器人的视网膜下注射系统,辅助医生完成视网膜下注射操作。构建从手机器人的正逆运动学模型,然后进行视网膜下注射手术运动分析,确定从手机器人的运动要求。建立主手和从手机器人之间的运动映射关系,依据运动映射关系推导建立远程运动中心(RCM)点位置调整运动、术中RCM运动的状态切换和分离过程的速度映射模型。通过离体猪眼球视网膜下穿刺注射实验对机器人的精确性和稳定维持能力进行验证,结果表明:机器人辅助操作系统末端注射针具有稳定维持能力和运动的精确性,机器人辅助操作比徒手操作对视网膜造成的创伤更小,注射更稳定。

摘要：针对视觉同时定位和建图(SLAM)系统大多基于静态环境假设、在动态场景位姿估计不准确的问题,提出了一种动态场景结合稀疏场景流和加权特征的视觉SLAM方法。首先,引入实例分割网络SparseInst获取环境中的语义信息,识别潜在运动物体;其次,通过计算特征点的稀疏场景流及其马氏距离获得特征点在相机坐标系下的相对运动,利用卡方检验方法完成对动态特征点的检测和剔除;然后,对静态特征点分配权重,设计加权的光束平差法优化目标函数以解决部分特征点运动状态模糊问题,提高视觉SLAM在动态场景下的定位精度。在公共数据集上的对比实验表明,所提方法相较于ORB-SLAM2、YOLO-SLAM、SG-SLAM,其绝对轨迹均方根误差在TUM RGB-D和Bonn数据集上分别平均降低约94.69%、27.55%、5.27%和93.43%、38.30%、26.88%。

摘要：针对减轻腰部运动负载对其疾病防治的重要性,提出一种具有人体生物力学特性的多自由度仿生腰部无动力外骨骼机器人研究原型,继而针对其计及人机共融性的运动承载仿生工作机理的有效实现,深入开展基于多刚-柔体动力学逆解的系统仿生综合性能优化及其方法研究。首先,基于相关离体生物力学实验数据,构建人体腰椎仿生等效复合刚度力学模型,进而于人体矢状面内搭建人机穿戴并联系统多刚-柔体正动力学模型;其次,旨在腰部外骨骼机器人性能优化综合的有效实现,提出一种新型动力学综合性能评价指标——仿生承载舒适度;再次,相对于柔性逆动力学频域法求解的非因果复杂性,提出一种通过正动力学线性优化迭代逼近多刚-柔体动力学逆解的等效方法,以实现外骨骼机器人穿戴前后人体胸椎运动轨迹的一致性;最后,深入开展人机穿戴并联多刚-柔体系统仿生综合性能优化研究,进而得到外骨骼机器人最优设计参数组。仿真结果表明:外骨骼机器人穿戴前后,在保障人体胸椎在矢状面内弯曲角度轨迹误差极小(4.5×10^(-6)(^(o)))工况下,人体等效受力较穿戴前得到明显改善;优化后的外骨骼机器人穿戴舒适性指标明显提升,从而证明了腰部外骨骼机器人具有较好的动力学仿生综合性能,以及所采用研究方法的合理有效性。同时,优化后的系统设计参数对后续腰部外骨骼机器人物理样机的建造及相关实验的开展具有重要意义。