基于自适应目标偏置系数的机械臂路径规划算法

针对快速搜索随机树（RRT）算法因其随机特性导致的运行时间过长和计算结果往往不是最优解的问题,在RRT算法及其改进算法的基础上,课题组提出了一种基于自适应目标偏置系数的机械臂路径规划算法,并将该算法应用到医疗设备无影灯的使用中。首先,用D H参数法对6自由度机械臂进行运动学描述和正运动学求解,得到末端的运动状态和位姿;然后,综合RRT算法及其改进算法的优点拓展新节点和重置父节点,并引入自适应目标偏置系数,再对路径作剪枝后处理。对比实验结果显示：该方法在保证算法搜索效率的基础上,有效地提高了路径质量。基于ROS的仿真平台验证了该方法具有实用性和可行性。     

新型三自由度拟人并联机械臂及其位置分析

提出了一种新型三自由度拟人并联机械臂，该机械臂由3个直线电机控制，完成腕部的二维移动和一维转动。基于机械臂的结构几何关系，运用坐标变换方法，得出这种机械臂的逆、正解方程式，且是唯一的封闭解。在满足各机构约束的条件下，根据机械臂的逆解方程式，绘制了其工作空间轮廓图，为该机械臂的应用提供了理论基础。由于该机械臂的结构简单、工作空间大、装配方便等优点，因此在现在工业领域有着潜在的应用前景。     

基于粒子群RBF神经网络的双关节机械臂系统控制

针对RBF神经网络算法用于控制时难以求解网络隐含层参数中心向量c和标准化常数b的问题,提出基于粒子群参数优化的RBF神经网络(PSO-RBF神经网络)控制方法。建立旅客列车自动上水装置双关节机械臂动力学模型,将粒子群算法与RBF神经网络控制机械臂动力学特性结合,在连续空间快速搜索网络隐含层参数最优解,得到PSO-RBF神经网络控制方法;建立针对双关节机械臂的PSO-RBF神经网络控制系统并进行仿真,与基于遗传算法调节隐含层参数的RBF神经网络控制方法进行对比和分析。研究表明,采用PSO-RBF神经网络控制方法可以有效避免机械臂控制失效,能够使肩关节和肘关节响应时间缩短52%和47%,最大稳态误差减小49%和58%,平均稳态误差减小54%和55%。     

基于LM算法的机器人运动学标定

机器人参数估计与误差补偿的标定方法是提高机器人末端位置定位精度的重要手段。课题组建立UR3机器人DH参数运动学模型,基于机器人末端工作空间的出现频率概率分布确定机器人测量空间域;以激光跟踪仪测量空间域内的机器人末端位置,构造出机器人末端位置误差与几何参数集间最小二乘方程目标函数,利用自适应步长的LM(Levenberg Marquardt)算法对其进行迭代求解,进行参数估计得到几何参数标定值,以此修正机器人系统理论运动学模型结构参数集。最后对标定结果进行验证和分析,结果显示标定后最大误差降低了47.48%,平均误差降低了37.98%,均方根误差降低了40.40%,证明了该标定方法的有效性和可靠性。     

基于RBF神经网络的可重构机械臂控制研究

采用RBF神经网络控制算法来解决MIMO不确定非线性系统的自适应输出反馈控制问题,以系列模块化机械臂为研究对象,设计RBF神经网络控制器不断逼近可重构机械臂动力学模型,采用MATLAB软件基于RBF神经网络逼近设计的控制器对RR构型机械臂进行控制仿真.结果表明该控制器能有效地逼近机械臂动力学模型,并能较好地适应机械臂不同构型.     

服务机器人的双臂运动学仿真研究

目前服务机器人存在结构复杂、价格昂贵等问题,课题组设计了能满足日常服务的四自由度服务机器人的双臂。设计服务机器人双臂的主要结构：采用D H法建立各臂连杆的参考坐标系;求解了运动学的正逆解;利用MATLAB编程求解单臂的工作空间;利用MATLAB建立双臂运动仿真模型。空间轮廓运动仿真结果验证了正逆运动学求解的正确性。该双臂工作空间能满足日常服务需求。     

平面旋转粘弹性简单机械臂振动特性的研究

利用Ｌａｇｒａｎｇｅ方程建立了平面旋转的线粘弹性简单机械臂的动力学方法，分析粘弹性对机械臂爪端点的影响、弹性振动与刚性运动互相作用的情况，在建立方程时，考虑了离心效应，研究了离心效应的作用。     

基于非线性偏最小二乘的操作臂逆解算法

操作臂逆运动学问题是机器人控制中的一项重要内容。目前使用较多的神经网络法大多为多输入多输出或者 多输入单输出方式,需要大量运算。非线性偏最小二乘法( NLPLS)建立的模型分为内部和外部模型,样本数据经外部模 型处理后才用于训练若干个单输入单输出的神经网络。对PUMA560操作臂的仿真试验表明,在相同隐层神经元数的情 况下,该算法比普通神经网络法具有更好的预测精度。这也表明,NLPLS只需较少的隐层神经元数就可以达到普通方法 的精度,从而减少运算量。     

基于混合控制的机械臂定位和振动控制研究

针对柔性机械臂的定位和振动控制,设计了一种基于带尾部信号的时滞滤波器的混合闭环控制方案。滤波器的设计采用系统输出等于系统参考值的幅值的约束条件,有效地减小了机械臂的定位调节时间;同时综合考虑柔性关节的振动模态,设计出时间最优的时滞滤波器,进一步消除柔性关节的残留振动,显著提高了定位效率。仿真结果证明了该方案的有效性能,能够同时实现机械臂柔性关节的快速定位以及振动控制,有利于作业效率的进一步提高。     

基于ANSYS的机械臂吹扫装置

为了解决机械臂对表壳外表面完成抛光后机械臂易与表壳发生粘连的问题,笔者设计了机械臂吹扫装置,并讨论了该装置2种不同进气口位置的设计方案。利用SolidWorks建立2种方案的三维模型,将其导入到ANSYS软件中,利用FLUENT模块进行流体动力学仿真分析。根据迭代计算曲线和压力分布云图,得出2种方案均可使表壳顺利脱离。通过2种方案的流迹线云图和速度矢量图进行对比分析,结果表明进气口在喷嘴正上方的装置吹气质量更优。研究结果有助于工作人员选择合理的方案。     

基于IGA的机械臂时间最优轨迹规划

针对传统机械臂轨迹规划效率较低的问题,课题组提出了对传统遗传算法初始种群的选取及种群的变异策略改进的方法。该方法以三次B样条插值曲线作为轨迹规划的基础,以各关节运动角速度、角加速度、角加加速度作为运动约束,使用改进型遗传算法（improved genetic algorithm,IGA）进行时间优化,可以得到满足运动约束条件的时间最优运动轨迹。课题组以自主研发的QFB140机械臂作为研究对象,采用改进型D H参数进行标识,并导入MATLAB进行仿真。结果表明：IGA在时间优化上有了较大提升,进一步实现了时间最优轨迹规划,提高了工作的效率。     

基于模型预测控制的协作焊接双机械臂轨迹跟踪算法

焊接双机械臂协作焊接时,存在从动机械臂对主机械臂末端位置的轨迹跟踪的精确性问题,课题组提出了基于模型预测控制算法的主/从位置协调控制方法。根据所建立的六自由度双机械臂的运动学模型,建立末端位置与关节角度的变换关系以及机械臂的运动预测模型;通过上述模型,对主机械臂采用位置控制方法,并通过从动机械臂末端的三维激光扫描仪测距传感器所获取的主机械臂位置及方向,对从动机械臂采用基于模型预测控制算法的位置控制;根据机械臂关节角度变换旋转运算序列及末端位置的预测模型,通过动态矩阵控制算法,由当前时刻的位置状态及下一时刻位置输入状态对未来某时域内的位置输出状态进行预测,从而实现期望的位置跟踪。最后,采用仿真实验测试来验证该算法的实用有效性,结果表明：从动机械臂末端在有较小超调的情况下快速达到稳态,实现对期望轨迹的跟踪;与传统PID控制算法相比,模型预测控制算法能够更快速、更稳定地达到对期望轨迹的跟踪效果;该算法对期望轨迹的跟踪误差在有小幅波动的情况下可保持在±0.05 mm之内,在无波动的情况下可迅速趋近于零。基于该算法,从动机械臂可根据主机械臂末端动态位置信息更加有效地实现对期望轨迹的实时跟踪。     

基于ADAMS的安全阀自动上料机械手运动学研究

针对目前安全阀离线校验阀体上料时,存在的效率低、空间要求高等问题,课题组提出了一种安全阀自动上料机械手,并根据安全阀离线校验的工况需求,在SolidWorks软件中建立了该机械手的三维模型。为了更好地制定运动控制方案及制造物理样机,课题组对该机械手进行运动学研究：采用D H法建立了机械手的运动学方程,并基于ADAMS软件对机械手整体上料过程进行了运动学仿真分析,得到了机械手在上料过程中的位移、速度和加速度等运动特性曲线。研究结果表明：所有运动特性曲线变化平稳,无突变现象,验证了该自动上料机械手物理样机制造的可行性,提高了安全阀离线校验效率。     

一种机器人逆运动学求解的神经网络方法

研究了机械手控制的逆运动学问题,提出了一种克服Ｈｏｐｆｉｅｌｄ网络的局部极值问题的网络参数扰动算法,通过数字模拟分析了该算法的性能,并将该算法成功地应用于机械手控制的逆运动学问题。计算机仿真表明,这种神经网络控制方法不仅具有较快的速度,而且大大提高了对机械手的控制精度。     

基于改进蝙蝠算法的机械臂时间最优轨迹规划

为了对SCARA 6自由度机械臂的运动过程实现时间最优轨迹规划,课题组提出一种基于改进蝙蝠算法的时间最优3 5 5 3分段多项式插值轨迹规划算法。首先对机械臂构造3 5 5 3分段多项式;然后在角度、角速度和角加速度的约束条件下,以时间最短作为优化的目标函数,采用改进的蝙蝠算法对分段多项式的结果进行优化;最后在MATLAB软件中进行模拟运算。仿真结果表明：改进的蝙蝠算法在收敛性以及优化性方面均优于传统的蝙蝠算法,而且在局部收敛方面也有明显的改善;各关节的角位移、角速度和角加速度曲线相对平滑,不存在突变等情况的发生,充分证实改进算法具有可行性。     

HP20机器人的运动学逆解计算及模拟仿真

根据Motoman HP20型机器人的结构特点,利用DH方法建立了其运动学方程,并推导出了运动学逆解。将所求得的运动学逆解编写成Matlab程序,计算了末端执行器在正弦曲线轨迹下各个关节角度变化曲线。建立HP20型机器人的多体动力学虚拟样机,将曲线导入驱动虚拟样机,得到模型的运动轨迹。通过对比,目标曲线与运动轨迹吻合良好,验证了运动学逆解及程序的正确性。研究结果为研究在特定工况下,机械臂的运动学、动力学及电机扭矩特性打下了基础。     

固定电机驱动的平面关节型机器人无参数运动学标定

针对传统平面关节型机器人（简称SCARA）运动臂质量大的缺点,设计一种固定电机驱动的SCARA。为提高其 精度用无参数化标定的方法进行运动学标定,根据D-H方法,在空间坐标转换的基础上建立了该SCARA的数学模型, 得到杆件间相对位置关系;通过外部测量设备测出末端执行器的位姿,利用运动学正逆解解出实际位姿与理论位姿之间 驱动输入的差值,补偿到理论的输入中,得到补偿后的动平台位姿。通过计算机仿真表明该标定方法能极大提高末端执 行器的位置精度,证明了无参数化标定方法的有效性和可靠性。     

基于折纸机构的上肢外骨骼

为了进行上肢肌肉损伤类疾病康复,课题组设计了一种辅助运动与支撑的上肢外骨骼机器人。课题组基于刚性折纸的折叠特性设计出具有自锁特性的肘关节外骨骼,采用连杆机构设计肩关节外骨骼;运用D H法对上肢外骨骼进行运动学分析,得出肘关节折纸机构自锁时的折叠角度和肩关节末端的运动位姿;基于蒙特卡洛算法求解出肩关节外骨骼的运动空间并运用MATLAB将结果可视化。应用结果表明：该上肢外骨骼能有效减轻上肢肌肉在工作中受到的压力且不对上肢运动造成影响。该上肢外骨骼具有结构简单,轻便和易于折叠和自锁的特点,满足使用要求。     

3D法在大学英语口语教学中的实验研究

以《大学英语（全新版）听说教程》为主要教材,以非英语专业大一学生为研究对象,以问卷调查和访谈的形式,探索3D口语教学法对降低口语课堂焦虑和提高学生口语水平的有效性。研究结果表明,与传统的口语教学法相比,3D法能够更有效地降低学生的口语焦虑水平,并且提高口语成绩。口语课堂焦虑与口语成绩呈显著负相关,而口语课堂焦虑和口语成绩在性别上没有表现出显著差异。     

基于ROS平台的机械臂精确控制研究

基于我国东部农民工城市创业数据的分析,考察农民工城市创业历程（包括初次创业和调查时点的此次创业）是否受其人力资本的影响。结果表明：人力资本对于农民工进入初次创业与进入此次创业转折点均有显著影响。由此,应尽快制定与完善相关政策（包括加强学历教育、职业教育与创业教育等）,帮助农民工开启城市创业,并促使创业者尽快实现由生存型创业向发展型创业的转化。