摘要：针对模块化串联协作机器人,当腕部3个关节模块集中在机器人末端时,在机器人运行过程中,本体和负载会对前3个关节产生较大的惯性效应,降低机器人的控制效果.为了消除惯性效应对机器人伺服控制系统的影响,提高协作机器人的跟踪精度,加快动态响应的速度,减少超调量并降低稳态误差,在建立协作机器人动力学模型、计算前馈力矩的基础上,提出了一种基于在线辨识算法的惯量前馈控制技术.由于在机器人运行过程中,各关节电机所带负载的转动惯量不断发生变化,为了实时得到转动惯量实际值,在控制系统中引入变遗忘因子最小二乘辨识算法,对各电机所带负载的转动惯量进行在线辨识.考虑到协作机器人关节中的传动机构多由弹性部件组成,将弹性因素加入到控制系统的设计当中,建立了两刚体弹簧系统被控模型.将转动惯量辨识值输入到前馈通道,实时修正动力学模型中的惯性矩阵,输出前馈电流并叠加在伺服系统电流环的输入端,从而实现前馈控制.最后,在Simulink 环境中,基于实验室研制的一种模块化串联协作机器人对该控制技术进行了仿真验证,结果表明:该惯量前馈控制技术能够显著提升机器人控制系统的响应速度与跟踪特性并降低其超调量,验证了该惯量前馈控制技术的可行性与优越性.

摘要：为了实现人与协作机器人的安全协作,提出了一种不增加额外传感器和改变控制系统复杂性的碰撞检测算法.基于动力学模型和动量偏差构造了一个2阶外力矩观测器以实现对关节外力矩实际值的观测,并对观测值进行滤波处理,减小系统采样噪声对观测值的影响.考虑到关节外力矩包含外部碰撞力等效作用在关节上的力矩和谐波减速器产生的关节摩擦力矩,采用Stribeck摩擦模型对观测值中的关节摩擦力矩部分进行辨识,使观测值只受外部碰撞力影响.最后,基于一类轻型模块化协作机器人对该算法进行了仿真与实验,结果表明:观测值能够实时跟随外力矩变化,机器人正常运行时其保持在预设的阈值范围内,发生碰撞时发生突变超出阈值,从而验证了该算法的正确性.

摘要：目的总结全踝关节置换术(total ankle arthroplasty,TAA)治疗晚期踝关节炎(ankle osteoarthritis,AOA)的研究进展。方法查阅近年国内外相关文献,从传统TAA手术效果、计算机辅助TAA临床应用等方面,对目前TAA的现状及进展进行总结。结果晚期AOA常导致患者严重疼痛和功能障碍,踝关节融合仍是目前主要治疗方案。近年来,随着手术技术和假体设计的进步,保留关节活动度的TAA病例逐年增加,手术效果也取得明显进步。精确的假体安置和力线恢复对TAA至关重要,手术相关的踝关节置换力线不良是影响假体寿命的重要因素。计算机辅助个体化设计导板可以简化关节置换操作难度,满足胫骨和距骨截骨的精准度。结论基于术前CT的个体化导板技术,其临床效果有待进一步随访观察;同时需要进一步开发适合TAA的术中导航和机器人手术系统。

摘要：现有研究中针对肘关节康复运动的机构设计几乎均采用串联机构作为机构本体,普遍存在精度低、运动惯性大、容易造成肘部肌肉的损伤等问题。鉴于此,本文设计了一种可实现肘关节二自由度康复运动的(2-PRR-S)R-PRCR并联机器人机构;并使用旋量理论验证了机构的自由度特性。利用空间几何分析法推导出机构位置逆解与位置正解表达式;进而给出了机构的雅克比矩阵,然后结合雅克比矩阵分析了机构的奇异位形。依据机构的约束条件,确定了机构的初始姿态工作空间;以最大化姿态工作空间为优化目标,并采用遗产算法对机构进行了尺度优化。基于人体肌肉运动机理,分析了肘关节康复运动时的训练效果,验证了所设计的并联机构的适用性,为后续肘关节康复训练策略的研究奠定了基础。

摘要：针对可重构机械臂的动力学系统中存在的不确定性,提出了基于模糊自适应算法的控制律来自适应逼近系统中存在的摩擦和外部扰动,实现对可重构机械臂的补偿控制。为了提高控制律的补偿精度和抗干扰性,减小算法的逼近误差,在控制律中添加了鲁棒项。通过Lyapunov稳定性理论证明了提出的模糊自适应控制律和鲁棒模糊自适应控制律能在可重构机械臂动力学中含有摩擦和外部扰动时保证系统的稳定性。以三自由度可重构机械臂为例设计了可重构机械臂的控制器,仿真结果显示该算法具有良好的轨迹跟踪性能,验证了该算法的有效性和可行性。

摘要：针对面向汽车生产线的装配环节,为装配工人设计了一种可穿戴式外骨骼机器人,不但可以降低工人发生肌肉骨骼损伤的风险,还能够提高工人的工作效率,符合我国工业发展的需求,具有良好的经济效益和应用前景。本文使用三维建模软件(Solidworks)进行三维模型的构建,并且针对髋关节、膝关节和踝关节进行了详细设计。在结构设计后使用有限元分析软件(Abaqus)对结构进行了静力学和前三阶的模态分析。静力学分析结果证明,所选的材料和所设计的结构满足实际要求。模态分析求解了前三阶的振型,并求出了振动频率,对于电机和减速器的选型提供了参考。

摘要：为对工件表面焊瘤进行打磨处理,全面检测焊缝的表面缺陷,设计了一种5自由度视觉检测的云台结构,定义了5自由度关节的姿态与运动学的D-H表示形式,建立了5自由度关节的运动学方程;根据5自由度云台的功能尺寸要求,使用D-H表示法创建了云台坐标系和运动方程式,求解出相机的运动方程;利用SolidWorks软件完成5自由度云台的结构设计,并采用ANSYS软件分析了云台结构强度,通过对加工的样机进行试验研究,验证了云台结构设计的合理性。研究可为相关领域提升自动化水平提供参考。

摘要：针对直观协方差无关增量式主成分分析算法(CCIPCA)需要满足零均值高斯分布的问题,该文提出含均值差向量更新的泛化CCIPCA算法(GCCIPCA),拓展了算法的适用范围。其次,针对机器人感知学习存在的在线增量计算及有效数据降维等问题,将GCCIPCA的增量思想引入到现有的双向主成分分析算法(BDPCA),提出基于增量式BDPCA(IBDPCA)的机器人感知学习方法。该方法直接针对图像矩阵行列方向的类散度矩阵进行迭代估计,具有一定的泛化能力和快速的增量学习能力,提高了实时处理速度。最后,以机器人待抓取物块作为感知对象进行实验,结果表明所提算法能够满足机器人感知学习的实时处理需求,相比现有的增量式主成分分析算法,在收敛率、分类识别率、计算时间及所需内存等性能方面均得到显著提升。

摘要：针对精密微孔加工难度大、质量难保证的特点,提出微孔加工质量控制模型,分别从操作人员、机床、生产物料、加工环境、品质测量等5个方面入手,对如何保证精密微孔的加工质量进行分析。通过分析加工案例,从项目实施流程、工艺规范、软件端工艺设计、切削温度控制等方面验证了该高速钻削加工方案的可靠性。研究结果为精密微孔生产制造提供了参考。

摘要：目的:解决目前分段摘酒过程依赖人工“看花摘酒”,酒精度检测不准确的问题。方法:设计搭建基于酒精度建模的分段摘酒系统,研究采集音叉在不同模态不同浓度酒精溶液内的音叉频率值、音叉内置温度值,酒精溶液温度值和动态条件下泵转速值,基于最小均方算法(LMS)和长短期记忆网络(LSTM)实现音叉频率自适应滤波和动态补偿,基于改进遗传算法优化BP神经网络(IGA-BP)建立酒精度预测模型。结果:模型在迭代次数和预测精度上优于传统遗传算法优化BP神经网络和BP神经网络建立的酒精度预测模型,酒精度平均预测误差为0.381。结论:基于改进遗传算法优化BP神经网络(IGA-BP)建立酒精度数预测模型具有合理性。