摘要：针对球形机器人在多需求非结构化环境下设计方案配置与选型中存在的主观性和不确定性问题,提出了模糊粗糙数与复杂比例评估(Complex Proportional Assessment,COPRAS)相耦合的方案评估方法。综合考虑方案设计时不同需求特征指标间的重要度关系,基于模糊粗糙数实现对需求特征指标的定量分析;采用COPRAS方法对所有备选设计方案进行综合评估,根据效用度指数得到所有备选设计方案的优先级排序,确定最优的配置方案,并以变形球机器人的选型为例进行了评估验证。结果表明,该方法具有较好的可靠性和实用性,为以后机器人设计方案的配置选型提供了有效参考。

摘要：在下肢康复机器人的康复训练过程中,模型参数、环境干扰等不确定性因素会影响机器人轨迹跟踪的精度。针对这一问题,提出了一种基于径向基函数(Radial Basis Function,RBF)神经网络的自适应补偿控制,该控制方法能够提高机械系统轨迹跟踪的精确性。首先,设计一款具有4种工作模式、运动稳定的闭链卧式下肢康复机器人结构;然后,利用拉格朗日方法求解动力学名义模型,将康复装置的模型参数以及外界干扰等不确定性因素分离出来,并设计基于RBF神经网络的自适应补偿算法对其进行逼近控制;最后,通过Matlab/Simulink环境对其进行仿真验证,证明了该控制策略的有效性。结果显示,在人体步态曲线轨迹跟踪中,提出的基于RBF神经网络的自适应补偿算法相比传统的模糊比例-积分-微分(Proportional Integral Derivative,PID)控制的方法响应速度快、跟踪效果好,且髋关节和膝关节轨迹跟踪的角度误差峰值分别为0.08°和0.13°,远小于患者下肢在康复运动中的转动角度。设计了单腿样机试验,试验结果表明,采用的RBF补偿自适应控制器能够实现高精度的跟踪结果,也能够满足患者在康复训练中安全性的要求。

摘要：为了提升球形机器人在狭小空间、复杂地形、颠簸路面等不同场景下的机动性与越障性能,使用被动展开单自由度机构扩大展开半径来提升越障性能,通过引入齿轮齿条直线展开机构,设计了一种结构紧凑、多种运动模式的球形机器人。建立数学模型,对球形机器人机构进行运动学和动力学分析;通过对球形机器人Adams仿真建模,得出滚动、越障时的仿真结果,与理论值对比分析,验证了运动学、动力学分析的正确性;在此基础上制作实物样机,进一步验证了该机构的可行性,证明该机构具有较强的机动性与越障能力。

摘要：通过动态导向显示屏呈现就诊信息的医院逐年增多,而老年人群由于视觉功能逐渐衰退,在医院检索及识别动态导向分诊信息时经常出现困难。为提升老年用户观察动态导向信息界面的绩效,对影响老年用户视觉搜索绩效明显的色彩对比度及信息密度因素展开研究。基于医院动态分诊显示器界面及E-prime实验平台,以色彩对比度及信息密度作为自变量,对20位60岁以上的老年用户展开视觉搜索实验,采集不同自变量水平下的视觉搜索时间、视觉搜索正确率及清晰度、舒适度评价。结果表明,色彩对比度为13.7∶1时,老年用户的视觉搜索绩效及评价最佳,当数值上升至17.4∶1及21∶1时,绩效及评价开始显著下降,但仍优于8.7∶1水平。在研究选用的字体及显示器下,老年用户在0.46及0.55(5~6行)信息密度水平的视觉搜索绩效及评价结果显著优于其他水平,且0.74(8行)信息密度水平为适用于老年用户的最大信息密度设计。

摘要：抑尘剂等复杂的化合物黏着在铝合金车体上,导致车体污染十分严重,高压水射流清洗方法能够有效去除铝合金车辆车体表面黏着的化合物。通过分析圆柱形、锥形、文丘里形和余弦形喷嘴的射流流场分布、射流出口速度、最大壁面静压、相同清洗宽度下压力值范围,得到余弦形喷嘴的清洗性能最佳,锥形喷嘴次之。基于正交试验法设计五因素、四水平正交试验表,得到常用清洗压力下余弦形喷嘴的最优结构参数:进口直径为40 mm、出口直径为20 mm、过渡段半径为40 mm、出射段长度为25 mm、过渡与余弦部分长度比为4。按照最优喷嘴结构参数进行建模,得到三组压力值下高压水出射速度比未优化前提高了2%,且优化效果随着入口压力值的提高而有所下降。在优化后的喷嘴结构参数下进一步计算得出入口压力为10 MPa时,靶距设置为250 mm能达到较好的清洗效果和节能作用。

摘要：为提升手术机器人的安全性及操作绩效,以椎板减压手术机器人为研究对象,对其交互界面进行用户评价。采用层次分析法计算各维度评价指标权重,并对骨外科医生展开问卷调研,收集界面内操作按键、实时磨削信息和机器人运行信息的有用性、易学习性、易理解性、平衡度及整体度评分。通过加权求和,得出界面内各按键及信息的加权评分。结果表明,操作按键、实时磨削信息的易学习性和平衡度评分及机器人运行信息的平衡度评分较低;界面内操作按键的加权评分高于均值,但实时磨削、机器人运行信息的加权评分低于均值。可见未来设计手术机器人界面时,需注重界面内按键及信息的辨识度,避免出现易混淆的按键或信息。统一界面语言、使用医用专业领域词汇、添加界面操作提示或功能说明是提升手术机器人安全性及操作绩效的必要设计。

摘要：针对现有起重机吊钩在抬钩和落钩过程中,工作效率低与人工操作危险的问题,提出了一种在远程操作下,可快速响应的自动化吊钩系统。首先,结合模块化设计的思路制定了针对自动化吊钩的吊钩端结构的详细设计流程并给出了完整的结构设计,通过Inventor软件完成了对其的三维建模,同时对动力机构、传动机构等核心部分的设计进行了详细的描述,再利用HyperMesh软件对其中的重要零件进行设计校核和优化,最终得到完整合理的可遥控自动吊钩结构。然后,对自动吊钩的数学模型进行了详细的推导,制定了整体控制流程,完成了控制部分的设计。最后,制造了可遥控自动吊钩样机,对其性能进行了实验验证,证明了设计的可行性。

摘要：在起重机工作时,负载围绕吊装线旋转,存在定位困难的问题,为此,以动量轮为执行机构,提出了一种基于角动量守恒定律的悬挂负载系统姿态控制方法。首先,对悬挂负载系统的机理与结构进行了研究,用欧拉角描述法推导出了系统的运动学方程,并基于角动量守恒定律对系统进行了动力学建模;然后,对系统的稳定性进行了研究,采用比例积分与比例微分(PI+PD)混合控制律,实现了对俯仰方向旋转位置的控制目的;并设计了比例微分(PD)控制律,抑制了外部干扰对俯仰方向旋转产生的摇晃;基于MATLAB的Simulink环境对系统进行了风力扰动下的仿真实验;最后,搭建了样机实验平台,进行了实际过程测试,结合测试结果对仿真结果进行了验证。研究结果表明:所设计控制律有效,位置控制角度误差达到10-2量级;解决了负载旋转定位困难的问题,抑制了外部干扰对俯仰方向旋转所产生的摇晃。

摘要：由于光缆质地脆、机械强度差,为保证其使用寿命,进行收放线操作时需要实现线缆张力的精确控制。针对现有收放线结构不能实现精细化收放的缺点,研究了一种用于高速移动测试车辆的通讯光缆同步收放线装置。在满足实验设备与主控端的远距离高速通讯需求的前提下,设计了两级缓冲机构避免设备运行时光缆受到较大冲击。采用前馈+PID闭环反馈控制策略,在系统运行过程中通过离合器进行张力补偿控制,实现了收放光缆过程中张力的自动调节。为了优化控制参数,采用MATLAB建立收放线系统的数学模型,仿真结果验证了所提出控制策略的可行性与有效性。现场测试表明,该收放线装置具有响应速度快、张力控制准确、收放线精细化程度高等优点,可满足不同应用场景下高速收放线的需求,并可为野外应急通讯情况下通讯线缆的布设及回收应用提供参考。

摘要：针对半挂汽车列车在高速变道时因参数不确定性导致的横向失稳、半挂车运动轨迹偏移的问题,提出了基于直接横摆力矩控制(Direct Yaw moment Control,DYC)与主动转向(Active Steering,AS)技术的集成控制策略。以追踪牵引车侧向速度、横摆角速度和铰接角的参考数值为目标,设计了一种横向稳定性控制系统。在MATLAB/SIMULINK软件中搭建横向稳定性控制系统模型,并进行高速变道工况仿真试验。仿真结果表明:在高速变道工况下,施加横向稳定性控制作用后,半挂汽车列车模型能较好地追踪参考模型的响应且在车辆参数发生变化时仍有良好的追踪效果;相较于未施加横向稳定性控制作用的系统和仅施加了单控制作用的系统,双控制作用下半挂车追踪牵引车运动轨迹的能力更优。证明了设计的控制方法有效,可为提高半挂汽车列车横向稳定性和半挂车追踪牵引车运动轨迹能力方面提供一定参考。