摘要：中大型铸造件合模线、浇冒口等残留特征具有尺寸随机、形貌随机、分布随机的特点,其安全高效高质量去除存在巨大挑战。对于此,提出以兼备高刚度和高灵活性的五自由度混联机器人为从动加工机器人、以具有力反馈信息的三平动并联机器人为主动操控机器人、以及基于主动和从动机器人的遥操作加工方法。首先,通过构造参数化、在线可调的禁止型虚拟夹具(Forbidden region virtual fixture,FRVF),解决了遥操作过程中由于抖动、通讯延迟等因素导致的过度加工问题。其次,建立了基于增量式位置跟随与人工势场法的遥操作控制模型,以便对主动和从动机器人进行约束与引导。最后,进行仿真分析与试验验证。结果表明,FRVF对空间复杂曲面的贴合度高,遥操作控制模型可确保加工区域不越过虚拟夹具表面,2.32 m×1.65 m×1.24 m灰铸铁铸造件残留特征的去除率达95%以上,一次加工后的表面粗糙度2.1μm,加工效率较人工方式提升了4倍。所提出的主从机器人系统及其遥操作加工方法,可有效实现中大型铸造件残留特征的高质量高效率去除加工,为其他中大型零部件高效加工提供新的解决思路。

摘要：时间数字转换电路(TDC)的分辨率、线性度、温度适应范围等参数指标直接影响着激光雷达系统的测距精度和成像清晰度.基于Xilinx Artix-7系列28 nm工艺的现场可编程门阵列(FPGA)芯片,设计了一种以进位链为延时单元的高分辨率双链三路TDC.该TDC可打破延时单元的分辨率限制,细分进位链中的宽码,具有低成本、高分辨率的优势.设计了流水线编码电路,以提高逻辑单元的使用效率,采用码密度方案逐一确定bin宽的精确值和等效分辨率.调用FPGA中赛灵思的特殊模数转换器(XADC)模块测量芯片温度,进而转换为温度校准系数,修正测量值.常温(27℃)下的等效bin宽为5.63 ps,方均根测量数值为11.7 ps,电路可在5~85℃温度范围内完成温度补偿.相比于六链延时线TDC,双链三路TDC具有相近的指标参数,并使FPGA逻辑资源使用降低约43.1%,芯片功耗降低约36.8%.

摘要：整机末端静刚度对插齿机的静、动特性和加工精度具有重要影响。从正向设计的角度出发,在提出结构件及包含转台在内的功能部件静刚度特性表征方法的基础上,通过分析结构件/功能部件在切削力作用下的变形,获得结构件/部件实际变形矩阵,依据插齿机拓扑结构,建立插齿机静刚度解析数学模型,解决了末端静刚度指标与结构件/功能部件刚度特征间的映射关系建模问题。同时,为验证所建立解析模型的有效性,建立了插齿机有限元模型,对比分析了解析模型与有限元计算结果。所建立的解析刚度模型为开展整机静刚度正向设计提供了理论基础。

摘要：以提高轴类零件超声挤压表面质量为目标,采用单因素试验和响应曲面法对工艺参数进行优化设计。分析了工艺参数对45钢轴零件表面粗糙度的作用规律和影响程度,结果表明,表面粗糙度随着主轴转速、进给速度、静挤压量、振幅的增加呈现先降低后增加的趋势。同时对所建立的响应曲面模型进行了显著性检验和工艺参数优化,分析可知,振幅对表面粗糙度的影响最大,优化后得到最优工艺参数组合如下:主轴转速n为217.48 r/min,进给速度f为0.031 mm/r,静挤压量P为101.013μm,振幅A为8.192μm。试验验证预测值误差小于5%,因此建立的响应面优化模型精度较高,可实现工艺参数优化,并为实际加工及超声设备研制改进提供理论依据。

摘要：语义分割是指对图像进行像素级的分类并且对图像中的每个像素都给定一个类标记的图像分割技术,是计算机视觉领域的主要研究方向之一。随着深度学习的发展,基于深度神经网络的语义分割方法发展迅速,并实现了超越传统语义分割方法的精度。然而,基于深度学习的语义分割的实现,需要大量的有标记的训练数据支持。在许多应用场景中,得到大量的标记数据是困难的。因此,基于小样本的语义分割方法被提出,以解决这类问题。当前的小样本语义分割方法主要是通过预训练的分类网络提取高维特征,然后使用高维特征的余弦相似度图为引导,对查询图像的目标区域进行分割。但是这些方法都面临着相似度图不清晰导致分割精度不高的问题。为此,文中设计了一个胶囊模块,用于生成更清晰的余弦相似度图。此外,为更好地利用多个支持图像中包含的语义信息,除了使用交叉熵损失函数外,还使用了一个新的边缘损失函数。在国际计算机视觉竞赛数据集(PASCAL-5^(i))上的试验结果显示:小样本(5个样本)语义分割方法精度平均交并比(mean intersection over union,mIoU)达到61.0%。

摘要：为解决在恒力打磨卫浴陶瓷中传统的金属打磨方法精度较低的问题,采用六轴机器人和六维力传感器设计了一套精度更高的恒力打磨卫浴陶瓷的自动打磨方法,搭建了基于位置的阻抗控制的数学模型,采用MATLAB软件对其进行仿真分析,并对系统的不同参数影响进行研究,最后进行卫浴陶瓷的恒力打磨试验。结果表明:恒力打磨机器人能够在打磨时提供相对平稳的接触力,证明该控制方法的可行性,可达到对卫浴陶瓷打磨的要求。

摘要：被动装配是实现轴孔高精度配合的重要方法之一,其基本原理为柔性装配机构针对外界装配力与装配反力做出自适应柔顺变形,补偿由于工业机器人定位误差导致的轴孔中心线位移偏差及倾角偏差.作为被动装配方法的核心使能部件,柔性装配机构的性能直接决定装配成功与否,为此,开展了一类基于五自由度混联柔性机构轴孔装配的方案设计和柔性机构构型综合研究.该机构由分别具有2T1R(T表述移动运动,R为转动运动)和3R自由度运动的柔性并联模块串联组成,并采用片弹簧作为实现柔顺变形的基本柔性单元.在整体方案设计的基础上,以旋量作为数学工具,提出一种并联柔性机构构型综合的一般流程,讨论在片弹簧不同变形情况下的支链组成形式,拟定支链装配条件.结合实际工况,本文优选出3-RFS-3-RFS作为轴孔装配的柔性机构,利用有限元软件对得到的机构进行仿真以验证机构自由度及各向柔度,仿真结果表明该机构具备五自由度且各向柔性差异小于0.05%.搭建了轴孔装配实验台,装配实验结果表明对于直径为20 mm与10 mm的轴孔对,装配成功率分别可达90%与70%.

摘要：为了提高无人驾驶车辆路径跟踪的精度与稳定性,设计一种对车辆不确定性和外部干扰具有较强鲁棒性的ADRC控制算法,并基于粒子群优化算法对其关键参数进行整定,进一步提高控制器效果。该控制算法优势在于设计简单,计算量较小,能够实时估计和补偿未知扰动。基于Matlab/CarSim联合仿真平台,对所研究算法与PID算法进行仿真验证。结果表明:在双移线工况下,与PID控制器相比,所提出的ADRC控制算法具有更强的鲁棒性,能够有效改善由道路曲率变化而导致车辆抖动的问题,实现更加精确、稳定的路径跟踪效果。

摘要：数控插齿机是加工圆柱齿轮的关键设备,其动态性能是影响齿轮加工精度、加工效率的关键因素,而固有频率是评价插齿机动态性能的关键指标之一。以三轴数控插齿机为研究对象,在整机模态分析的基础上,定义结构件质量关联的主要设计尺寸参数,通过正交试验设计,分别揭示包括床身、立柱、转台及主轴箱等在内的结构件质量对低阶固有频率的影响规律。以对低阶固有频率相对敏感的结构件主尺寸参数作为设计变量,采用多因素正交试验设计方法,揭示各结构件质量变化对整机低阶固有频率的影响规律。在此基础上,通过对灵敏结构件关键尺寸设计,在减轻结构件质量的情况下,可有效提高整机低阶固有频率。结果表明,数控插齿机原立柱质量对低阶固有频率影响最为敏感,在对其横向、纵向尺寸优化的基础上,可将低阶固有频率从原始设计的33.1 Hz提升至39.4 Hz,升幅达到19%,而立柱质量优化后从初始1693.8 kg减轻至1632.8 kg,总体降低了3.6%。所提出的结构件质量优化方法,对其他类型机床的结构优化设计具有普遍的指导意义。

摘要：运动学分析是并联机构性能分析、建模和优化设计的基础。传统的运动学分析方法中并联机构的拓扑模型与速度模型只能单独构建,无法揭示其内在联系,导致运动学模型的构建不够全面和准确;另外,以现有运动学性能指标作为运动学优化目标时,存在平转耦合机构运动学评价指标的物理意义不明确等问题。为此,以一平动两转动(1T2R)的Exechon并联机器人为研究对象,利用有限和瞬时旋量(finite and instantaneous screw,FIS)理论对其拓扑、运动学建模进行研究。根据FIS理论中的微分映射关系,在统一的数学框架下建立Exechon并联机器人的拓扑模型和速度模型,得到其速度和力雅克比矩阵。在此基础上,以可解析分析机构运动奇异性的虚功率传递率作为运动学性能指标,来有效评价Exechon并联机器人的运动/力传递性能。给定一组Exechon并联机器人模型的尺寸参数,借助MATLAB分析该机器人的局部虚功率传递率分布情况。研究结果为并联机构的性能分析与建模提供了参考,为Exechon并联机器人的优化设计奠定了理论基础。