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。

摘要：针对当前多模态情感识别算法在模态特征提取、模态间信息融合等方面存在识别准确率偏低、泛化能力较差的问题,提出了一种基于语音、文本和表情的多模态情感识别算法。首先,设计了一种浅层特征提取网络(Sfen)和并行卷积模块(Pconv)提取语音和文本中的情感特征,通过改进的Inception-ResnetV2模型提取视频序列中的表情情感特征;其次,为强化模态间的关联性,设计了一种用于优化语音和文本特征融合的交叉注意力模块;最后,利用基于注意力的双向长短期记忆(BiLSTM based on attention mechanism,BiLSTM-Attention)模块关注重点信息,保持模态信息之间的时序相关性。实验通过对比3种模态不同的组合方式,发现预先对语音和文本进行特征融合可以显著提高识别精度。在公开情感数据集CH-SIMS和CMU-MOSI上的实验结果表明,所提出的模型取得了比基线模型更高的识别准确率,三分类和二分类准确率分别达到97.82%和98.18%,证明了该模型的有效性。

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：针对FAST促动器群的可靠性问题,提出群系统和群系统可靠性概念,建立以权重值为核心要义的群系统可靠性数学模型。结合FAST,讨论促动器群系统权重值的实际意义,提出促动器权重值及其可用度的计算方法。依据模型,以促动器前期运行和维护数据为基础,计算促动器群系统在2019年3月至8月期间的平均可靠度为0.997 85。通过群系统可靠性理论模型,分析得到了群系统可靠性增长的原理:提高子系统平均无故障工作时间(Mean time between failures,MTBF),降低子系统平均故障修复时间(Mean time to repair,MTTR)。结合工程实际,提出促动器群系统可靠性增长方案:通过先进行多次局部可靠性增长设计和试验,最后集中一两次整体纠正设计和试验的最优性价比可靠性增长过程,以提高促动器MTBF;同时,开发基于故障预测与健康管理(Prognostic and health management,PHM)技术的智能故障诊断与预测系统,将促动器维护模式从被动式事后维护变为主动式状态维护,以降低促动器MTTR。群系统和群系统可靠性理论的建立为FAST促动器群系统可靠性分析与可靠性增长研究提供了理论支撑,为其他类似群系统可靠性相关研究提供参考。

摘要：为抑制锻压机冲击对锻造机器人造成的残余振动,提出了融合输入整形和滑模的振动抑制策略。首先在开环控制中设计了零振动微分输入整形器;然后在闭环控制中设计了带滤波的滑模控制器;进一步通过对基本克隆算法进行云变异和反向选择,设计了融合云模型和反向学习的克隆算法并实现了滑模参数优化;最后基于MATLAB/Simulink平台完成了振动抑制的数值测试。测试结果表明,经过输入整形器整形,冲击振动信号幅值减少了45.7%;通过加入低通滤波器,消除了滑模控制器自身92.1%的抖振。与传统试凑、差分遗传优化和混沌克隆优化的滑模控制器相比,融合云模型和反向学习的克隆优化实现了控制器对外界干扰的快速抑制,且稳定时间相对提高了75.0%、66.7%和37.5%,平均误差相对减少了50.7%、28.7%和14.4%,而完整控制策略实现了平均98.4%的干扰抑制,从而验证了所提控制策略在锻造机器人残余振动抑制中的有效性。

摘要：折纸结构和折纸超材料由于其无穷的设计空间,突出的变形状、变大小、变拓扑特性,以及由折叠诱发的超常规力学特性,在最近几年迅速成为数学、物理和工程学科的研究前沿和热点.折纸结构和折纸超材料在航天、医疗、材料、机器人等众多工程领域具有广泛的应用前景,其典型的代表包括大型空间可展开结构、自折叠可重构机器人、微型可折叠器械等.随着应用范围的不断扩大,折纸结构和折纸超材料的动力学问题日益突出,不仅涉及其动力学建模和参数辨识,还包括动力学机制分析与实验测试.折纸结构复杂的空间几何关系、丰富的变形模式、折叠诱发的全局强非线性本构关系等给动力学研究带来了很多新挑战和新机遇.本文首先阐述了折纸结构和折纸超材料的研究背景和意义,并简要概述了折纸的基本定义、假设和分类,以及折纸结构和折纸超材料的几何设计、静力学和运动学特性.随后,本文系统回顾了折纸结构和折纸超材料动力学研究中相关问题的最新进展,包括:(1)动力学建模及参数辨识方法;(2)动力学理论、有限元和实验分析手段;(3)折叠诱发的动力学行为,包括双稳态和多稳态动力学行为、瞬态动力学行为和波传播动力学行为等;(4)典型动力学应用.本文最后提出了折纸结构和折纸超材料动力学研究中若干值得关注的问题.

摘要：智能手机印刷电路板装配(printed circuit board assembly,PCBA)集成度高、焊点间隙小,小视场下成像易引入噪声,圆形焊点边缘粘合、断缺现象明显,导致圆形焊点轮廓提取准确性不高.为此,提出PCBA圆形焊点轮廓自适应提取算法.首先,采用引导滤波算法,在有效地抑制噪声的同时捕捉圆形焊点边缘梯度信息;其次,依据自适应OTSU分割算法实现焊点区域分割,采用8邻域边界跟踪算法及Canny算子提取圆形焊点轮廓信息;最后,利用圆形焊点的轮廓几何特性和边缘滑动窗口机制对轮廓信息进行筛选,从而获得更精细的圆形焊点轮廓.在实验设备采集的90幅PCBA图像数据集上与3种典型方法进行实验的结果表明,所提算法的精确率、召回率、F值分别为96.96%,97.88%,97.42%,运行时间为310 ms,可快速、有效地提取出PCBA圆形焊点轮廓.

摘要：为了提高高温环境下轮毂锻造机器人欠秩端拾器夹持的有效性和承载性,对欠秩端拾器进行了热-结构耦合分析及结构优化。首先,基于有限元理论将欠秩端拾器所受热力载荷和静力载荷耦合,得到欠秩端拾器关键部件在耦合力场作用下的热应力分布及应力和应变结果;然后,根据所得热应力分布云图,对欠秩端拾器各指节进行隔热优化设计以及热-结构耦合分析;最后,根据隔热结构的等效应力结果进行了欠秩端拾器的拓扑结构优化。数值分析表明:相比优化前的结构,隔热优化后欠秩端拾器的首、中和末指节在参照节点处的温度分别降低了33.78%、50.42%和35.31%;拓扑优化后欠秩端拾器的首、中和末指节的质量分别减少了38.75%、18.63%和26.45%,实现了轮毂锻造机器人欠秩端拾器的耐高温及轻量化的优化目标。

摘要：基于传统机构设计的移动机器人,由于机构运动关系相对固定、配置形式单一,难以在复杂地形中快速通行。变胞机构是一种全新的机构组合形式,在瞬时能使某些构件发生合并和分离,使机构有效构件数或自由度数发生变化,具有较强的环境适应性。变胞机构设计的移动机器人可以将速度、灵活性和稳定性集于一体,实现移动机器人在复杂环境中的快速移动。本文针对变胞机构及其移动机器人的构型设计、运动原理、驱动方式及空间配置进行了综述,归纳了现有基于变胞机构的移动机器人所面临的关键问题和技术进展,并对变胞机器人的未来发展方向进行了展望,为变胞移动机器人的发展提供参考。

摘要：针对某进口四臂锚杆钻车钻机液压控制回路复杂、液压阀规格繁杂、故障排查难度大以及阀块流道复杂、体积笨重、加工设计难度大等问题,设计了新型钻机全液压自动控制系统。控制系统以负载传感多路阀作为主控制阀,通过特定设计的控制模块、进给模块、定位模块等液压逻辑控制回路,实现了锚护作业一个工作流程内钻箱旋转、进给、返回、水阀启闭自动控制。该控制系统有助于提高机载锚钻装置的自动化水平,降低工人劳动强度,提高锚杆支护效率,同时具有阀组体积重量小、功能划分清晰、无需电气防爆元件、故障易排查等优点。