摘要：针对绳驱超冗余空间柔性机械臂的运动特点和在大范围工作空间快速运动、避障及狭小空间作业和触碰情况下精细操作等在轨遥操作任务需求,设计并研制了适应多种工况的基于手控器和虚拟现实(VR)手柄组合的遥操作人机交互系统。对狭小空间作业和避障等工况进行分析,提出了基于自由度动态组合和末端―臂形同步规划的遥操作方法。最后,完成了穿越卫星太阳帆板狭缝的典型实验,实验验证了遥操作系统的工程实用性,以及柔性机械臂遥操作运动规划方法的可行性。因此,配合使用多种人机交互方式组合的遥操作系统和相应的运动规划方法,可使操作者以更加直观自然的方式参与到遥操作系统中,有效提高操作员完成复杂遥操作任务的安全性和操作性能。

摘要：在月面采样任务中,受土壤反作用力、能耗等因素影响,机械臂采样位形会影响其采样性能.为了准确评估采样位形对采样性能的影响,提高采样任务执行的可靠性,提出了机械臂采样位形分析方法与优选策略.首先,分析机械臂与采样器、采样器与铲挖执行机构之间的耦合关系,建立机械臂与采样器的联合动力学模型;其次,分析采样过程中机械臂位形与土壤反作用力、机械臂末端抗偏移能力、关节运动行程以及运动能耗之间的关系,并构建量化指标对采样性能进行评估;进而,根据构建的采样性能评价指标,构建考虑采样点区域、关节轨迹等多种约束的多目标最优化问题框架,设计基于NSGA-2多目标遗传算法的采样位形优选策略;最后,以嫦娥五号采样机械臂为对象进行实验分析.实验结果验证了本文提出的采样位形分析方法与优选策略的有效性,相关结论为嫦娥五号采样机械臂实际采样指令的生成提供了参考依据.

摘要：随着生物识别技术在各行各业之中开始普遍使用,作为人类最高频的交互方式,声纹识别成为生物识别技术中一种不可替代的解决方案。本文设计了一种基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)的声纹识别系统。该系统基于MFCC提取的声音特征通过卷积神经网络模型进行声纹识别,并结合IP核对卷积运算进行加速,试验测试表明,该系统可以充分发挥FPGA的高密度、高效率优势,提高CNN的运行效率、优化其前馈网络结构,从而实现更快速、更精准的声纹识别。

摘要：为了解决小直径管道的探测问题,提高管道机器人的适用性,对气动柔性细长机器人进行了深入的分析和研究。通过对机器人在管道内的受力分析,建立机器人的力学方程;对机器人的拐弯特性进行分析,得到机器人的拐弯半径方程;针对机器人需要的负载,进行力学分析,得到机器人的负载方程。设计了一种气动柔性细长机器人,搭建管道实验环境进行机器人的摩擦力实验和拐弯实验;搭建负载实验环境进行负载实验。测试值与理论分析基本一致,说明了气动柔性细长管道机器人在小直径管道内具有优秀的拐弯特性与负载特性。

摘要：骨外固定技术为肢体矫形的重要治疗手段。针对现有骨外固定矫形机构在肢体旋转和牵伸矫形时存在的运动耦合、旋转错位等问题,借鉴RCM机构的构型优势,在传统Ilizarov外固定器的基础上设计了一种具有定心运动特征,易于实现单自由度独立运动的2R1T定心矫形骨外固定机器人。基于旋量理论,开展了传统Ilizarov骨外固定支架矫形的数学分析,并在此基础上,建立了2R1T定心矫形骨外固定机器人的旋量系与反旋量系,进行了支链选型与构型综合。最后,分析了机器人运动学位姿及工作空间,并结合矫形要求对机器人进行了矫形运动仿真分析和样机实验,基于胫骨的运动轨迹,得出机器人转动矫形范围为-15°~15°,误差范围为±0.5°,牵伸矫形范围为0~30 mm,误差范围为±0.2 mm,实现了矫形的量化与精准调控,保障了肢体矫形的安全性。

摘要：面向非结构化任务环境下球形机器人的实用性提升需求,研制BYQ-GS型质心径向可变球形机器人样机,使球形机器人同时具备重摆驱动模式与倒立摆驱动模式,且2种驱动模式下均能实现质心的径向变化。考虑质心径向变化因素,同时将运动过程中受到的可控影响因素融入动力学模型构建过程,得出面向非结构化任务环境的动力学模型。以BYQ-GS型球形机器人样机为实验平台,分析倒立摆驱动模式与质心径向移动对球形机器人运动产生的影响。结果表明,与重摆驱动相比,倒立摆驱动在超调量、系统响应速度与能耗方面具有优势,在系统收敛速度与运动稳定性方面具有劣势,并且运动开始阶段质心-球心距离逐渐减小能够使2种驱动模式的控制系统收敛速度、超调量、稳定性与响应速度均变差,同时使能耗变优。

摘要：研究啮合式磁阻电动机(Geared reluctance motor,GRM)结构参数的设计原则和自动优化问题。在文献[11]给出的GRM参数化模型基础上,通过研究平均转矩随结构参数改变而呈现的变化趋势,提出各个参数的设计原则。为减少人工设计工作量和寻找全局最优点,提出基于遗传算法的GRM自动优化设计方法,充分考虑优化过程中各参数的约束条件,以及各参数之间的互约束关系,详细研究摆线齿轮的强度约束、齿形约束和齿数圆整问题。然后利用提出的优化算法对一台样机进行优化设计,使平均转矩提高了35%左右。最后用有限元法对优化后的GRM转矩特性进行了验证,结果表明优化设计的理论转矩比有限元验证值误差在3%以内,证明了优化算法的正确性。

摘要：为提高跳跃机器人运动的灵活性和实用性,通过将跳跃运动与轮式运动相结合,设计了一种新型的可跳跃式两轮机器人.跳跃运动由三杆弹簧跳跃机构实现,在大大减小机构尺寸的同时提高了能量利用率.详细介绍了机器人各机构的组成及工作原理,在此基础上,对机器人跳跃过程进行了动力学建模,分析了影响机器人跳跃能力的因素.为验证机械设计的有效性,利用ADAMS进行了机器人轮式移动与跳跃越障过程的仿真.搭建机器人控制系统并制作可跳跃式两轮机器人原理样机,最终跳跃实验结果证明了机器人设计的合理性以及理论分析的正确性.该跳跃机器人的能量利用效率接近70%,跳跃高度超过自身尺寸.

摘要：设计一种将球形机器人与轮式机器人运动特点相结合的可变形移动机器人。该移动机器人可以适应多种复杂的地形环境,自身几何形状发生变化以实现球形和轮式机器人互换。球—轮复合型移动机器人的机构系统由可变形球壳、球体推进装置和轮式驱动装置组成。通过对可变形球壳的拉伸和收缩实现球形和轮式机器人之间的角色交换。运用理论推导和参数优化等方法对球—轮复合型移动机器人中的变形球壳、车轮、和驱动重摆的结构尺寸进行分析,并通过仿真试验验证了机构尺寸参数选择的合理性,为该复合型移动机器人的机构设计提供了理论依据。最后通过实物试验验证,证实了该移动机器人实现的可行性。

摘要：针对机器人系统对驱动电机的启动性能和空间适应性的要求，设计了一种径向驱动式啮合电机结构。该电机利用3个定子和1个转子问磁阻的变化将电能转化为机械能，驱动转子在十字滑块机构约束下绕定子轴线做圆周平动，进而直接带动摆线机构输出低速大扭矩。设计制作了一台物理样机，给出了该电机的控制方法，运用有限元方法分析了在不同转子位置角的磁链特性，并依据磁共能原理，计算了电机的静态转矩。理论分析和样机试验结果较为吻合，证明该径向平动式啮合电机具有较大的输出转矩，并且结构紧凑粹制方法简单．