摘要：针对影响多臂抓取稳定性的接触力不平衡和接触振动问题,提出多臂空间机器人力分配和柔顺控制策略.首先,分析满足多臂稳定抓取的力学条件,基于摩擦锥约束设计抓取力安全系数,并将其引入力优化模型进行抓取力分配,实现目标物体稳定抓取条件下受力最小;然后,分析抓取过渡过程的振动成因,设计基于动能消耗的末端输出力控制策略实现快速振动抑制和柔顺抓取;最后,设计机械臂末端控制律切换策略,一旦在抓取过渡过程中发生接触脱离可引导其快速返回物体表面.仿真结果表明,所提出方法提升了稳定抓取安全裕度,显著降低了机械臂末端的振动幅值、持续时间和接触力,提升了空间机器人多臂抓取目标操作的稳定性和柔顺性.

摘要：在短期内具有完全自主水平的机器智能无法实现的情况下,人仍是人机系统的重要组成部分。智能系统感觉并预测用户的意图,有助于实现人机之间自然动态地协同,提高人机系统安全和效率。然而,人机交互的过程中充斥着大量模糊、隐蔽的隐式意图,传统的心理或行为分析方法解析意图无法保证时效性和准确性。随着传感技术发展,基于生理信号识别用户意图成为主流方法,但现有关于隐式意图的研究存在可分模式少、识别精度低、面向领域实境研究不足等问题。面向工控复杂系统领域,在生理视域下基于被动脑机接口技术,提出一种将人自然地纳入到智能人机系统回路中的方法。首先,抽取操作者与工业软件交互过程中的典型任务,在多属性任务组(MATB)多任务范式基础上设计意图生理信号诱发实验程序;接着,采用共空间模式(CSP)算法提取多任务意图脑电空域特征;最后,通过被试间交叉验证和5折参数寻优,构建机器学习意图模型,实现对隐式交互意图的自动识别。研究发现,相比传统特征提取方法,基于改良后的多分类CSP算法对意图特征提取更为有效,结合三维空间特征可视化进一步证实了特征的有效性;脑电信号能够作为判断人机交互隐式意图的依据,CSP SVM算法模型能够有效提高人机交互隐式意图脑电的解码性能。对隐式意图信息的转译对构建基于意图的高效人机交互模型,以及发展人机系统、提高人机协作效率具有重要意义。

摘要：针对坐立功能障碍患者的康复训练问题,本文基于人体运动曲线的轨迹综合,设计了一种符合人机耦合性的坐立康复训练机器人。通过光学动作捕捉实验,采集人体坐立运动轨迹,选择以大腿运动轨迹作为机器人的设计目标;在六杆机构模型的基础上,基于双目标轨迹发生综合法,以大腿上近髋点与近膝点的轨迹作为机构复现的双目标轨迹,进行机构数学模型的分析计算,得出该六杆机构可实现空间内多组位置的精确轨迹综合;建立机器人三维模型,对其关键部件进行静力学仿真分析以及虚拟样机的运动仿真,验证机器人设计的可行性;进行了机器人辅助坐立实验,采集膝、髋关节的运动曲线,膝、髋关节轨迹最大偏移误差分别为12%、5.8%,整体拟合程度较好,表明所设计的机器人具有较好的人机运动协同特征。

摘要：在服务和工业领域等非结构化环境中,因抓取对象、抓取部位、作业工艺等具备多样化、不确定等特点,灵巧地抓取物体是具有挑战性的.基于连杆传动机构,研制了一种新型的模块化可重构三指灵巧手.手指与手掌分别采用模块化设计,模块化手指的两个关节均采用连杆传动,有效减小了手指体积,同时可以获得较大的指尖力,降低了制造维护的复杂性.可重构手掌可以变换模块化手指的空间位置,对不同抓取目标形成最优的抓取姿势.其具有以下特点:7个主动自由度,指尖力为25N,有效载荷为5kg,重量为1.55kg,体积小巧,具有力感知能力且易于集成.日常生活用品与工具的抓取实验验证了灵巧手的有效性和灵巧性.结果表明,模块化可重构三指灵巧手可以灵巧地抓取和操作日常生活用品和工具,可有效满足服务与工业领域中灵巧抓取的需求.

摘要：设备故障是车间调度中最为常见的动态事件,易对原生产调度计划造成影响。为保证加工生产在遇到设备故障后能够快速地对原调度方案做出调整,降低设备故障所带来的负面影响,对设备故障下的零空闲多设备工作中心调度问题进行研究。建立了设备故障下考虑调整时间和搬运时间的零空闲多设备工作中心调度模型,优化目标为最小化最大完工时间、搬运次数和系统稳定性;设计NSGA-Ⅱ-V算法用于原调度和重调度的求解;基于NSGA-Ⅱ-V获得的静态调度结果与部分重调度策略的思想,进行设备故障算例测试。测试结果表明,所提模型和算法可较好地处理动态事件为设备故障的零空闲多设备工作中心调度问题。

摘要：“大数据与云制造”作为一门将制造技术与信息技术深度融合的课程,对拓展学生创新思维,构建具有时代特征的智能制造知识体系具有重要意义。基于机械工程专业学科背景,探索了“大数据与云制造”课程的课程组织、教学模型、课程内容设计与考核等环节,通过将大数据和云制造两个维度技术融入其中,并围绕理论教学内容引入行业典型实践案例,优化教学环节和教学活动,以提高学生从大数据与云制造角度分析和解决复杂工程问题的能力和信心,为“新工科”背景下本科课程建设与探索提供参考。

摘要：针对空间非合作目标刚性对接时接触力过大和难以补偿不同轴误差的问题,提出一种3R-1T型全向柔顺对接关节的设计方法,既能被动柔顺适应偏距或偏角误差,又能对空间六维接触力进行缓冲卸载,同时能利用锁紧机构实现刚柔双模切换。利用含耗散函数的拉格朗日方程建立了搭载柔顺对接关节的全向柔顺复合航天器动力学模型,通过接触力仿真实验证明了柔顺对接关节的全向柔顺缓冲与阻尼吸振机制。在刚性和柔性两种非合作目标对接的模拟实验中,进行了24种典型偏距和偏角复合工况的对比研究,表明全向柔顺对接的对接成功率是刚性对接的近5倍,且接触力峰值降幅最高可达89.5%,验证了3R-1T型全向柔顺对接关节在空间对接中应用的合理性和有效性。

摘要：针对外骨骼康复机器人的人机交互柔顺控制,以肩-肘二自由度上肢康复机器人为研究对象,提出一种融入可控阻尼的内外环嵌套式自适应阻抗控制方法,同步实现关节轨迹的超调量抑制和变强度训练。首先,通过磁流变阻尼器与关节电动机并联输出的结构模式,将电磁阻尼力矩引入康复机器人的动力学方程,进而设计关节轨迹跟踪器作为内环控制器,该控制器以关节角速度和角加速度作为输入,实时计算调整阻尼力矩的励磁电流值和关节力矩增益系数,实现超调量抑制。其次,利用Lyapunov函数设计自适应轨迹生成器作为外环控制器,该控制器以交互力、关节角速度及角加速度作为输入,实时计算并修正期望轨迹,通过调节对抗模型的刚度参数,实现对人机交互力的自适应和变强度训练。数值仿真实验结果表明,与未引入可控阻尼的控制方法相比,肩、肘关节的超调量下降率分别优于96.2%、97.5%,且只需调整刚度参数即能实现变强度训练,验证了所提方法的可行性与有效性。

摘要：空间对接装置作为开展空间目标捕获的关键装备,不仅要解决航天器的捕获问题,还要能够缓冲碰撞能量,避免发生硬碰撞,减少对接的冲击等。针对空间捕获软对接问题,设计一种空间软对接仿生手腕,以陀螺机构的三维旋转模拟仿生手腕运动,通过可控阻尼吸振实现空间六维碰撞的缓冲和卸载;采用Kane方法建立一种星载抓捕机构耦合空间软对接仿生手腕的一体化动力学方程;在Matlab环境下进行碰撞数值仿真,验证了空间软对接仿生手腕缓冲和卸载空间六维碰撞的机理,并通过1000次数值仿真实验实现了扭簧/直线弹簧的刚度优化设计;最后,在ADAMS环境下对星载抓捕机构进行空间六维碰撞仿真,仿真结果表明所提出的空间对接仿生手腕可实现空间六维空间碰撞的缓冲与卸载,从而说明了空间软对接仿生手腕在空间软捕获中应用的有效性。

摘要：为了解决空间6R串联机械手的逆运动学问题使用矩阵方法建模时,需要进行矢量运算或投影运算的问题,基于四维旋转矩阵和倍矩阵,提出了一种建模新方法。根据三维空间刚体变换的四维旋转矩阵和倍矩阵表示,建立空间6R串联机械手的正运动学方程。通过变量分离,直接得到14个逆运动学基本约束方程;通过线性消元和Sylvester结式消元,将其转化为求解一个16阶矩阵的特征值问题,得到该问题的16组解。采用数值实例和SolidWorks仿真验证了新方法的正确性。新方法的优势在于可以直接得到14个逆运动学约束方程,不需要进行矢量运算或者投影等,并且由于新方法将三维空间中的平移变换近似为四维空间中的旋转变换,故而可以统一求解含有R、P和C副的空间串联机械手逆运动学问题。