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.     

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的高速吹灌旋一体机灌装系统组合机架结构优化

为了满足新型高速吹灌旋一体机可靠、低耗和轻量化的要求,同时为了降低新产品的成本,课题组对其组合机架进行优化。基于有限元分析软件ANSYS对原灌装机架进行应力和模态分析,结果表明机架的最大应力和最大变形均较小,机械强度远超设计要求。故课题组采用减薄底部法兰和矩形管厚度的方法对原组合机架进行轻量化改进。研究结果表明：改进后在保证机架满足强度要求的同时,不会发生共振,符合轻量化要求。课题组的研究降低了成本和能耗。     

基于坐标变换法的3关节机械臂运动学研究

针对当前在串联机器人运动学分析中使用的D H参数法存在观察抽象、坐标系转换不灵活、参数容易混乱、理论模型与实体模型出入大等缺点,课题组采用坐标变换法对3关节机械臂进行运动学研究。依据关节之间的相对位置关系建立坐标系,采用齐次变换矩阵对坐标系之间的关系进行描述,并建立运动学方程;采用D H参数法建立机械臂的运动学模型,在MATLAB的Robotics Toolbox中验证了坐标变换法的正确性;编写上位机软件实现了机械臂样机的实时控制。结果表明：坐标变换法具有灵活方便、形象直观、便于计算的优点。该方法弥补了传统D H法在分析平行关节时的缺陷。     

机械臂非线性定位方程计算新方法

针对机械臂定位算法中,数值算法计算量大,仿真过程存在累积误差,几何算法通用性不强等问题,以手术机器人六自由度机械臂为研究对象,建立了一组多关节机械臂非线性定位方程组,提出了其基于非线性大范围渐近稳定的求解方法。结果表明该方法既简化运算,又有利于物理实现,为机械臂高速、准确运动提供了基础,实验表明该算法适用多关节的移动机械臂的非线性定位方程的求解,有较高的求解精度和收敛速度。     

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。     

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。     

出风罩结构改型设计对多翼离心风机性能的影响

为了改善小型多翼离心风机出口存在的气流死角及大面积旋涡现象,在原风机结构基础上通过调整出风罩倾斜角对其进行改型设计,并结合数值模拟和实验测量的方法,研究出风罩改型设计对多翼离心风机性能的影响。结果表明：根据出口气流组织分布特点对出风罩倾斜角作相关调整, 能够有效改善风机内部流体流动情况,减小旋涡强度及其影响区域,增大有效流通面积进而达到提高风机性能及优化噪声的效果。分析改型前后风机气动性能和噪声测试结果可知,改型风机出口静压提升约20 Pa,最大全压效率较原型机提升约4.7%。同时,由于出风罩倾斜角度的增加减小了叶轮出流对风机出口左侧壁面的冲击,从而使风机气动噪声得到控制,各频段A计权声压级平均降低3.5 dB。研究结果证明该出风罩结构改型设计方法不仅能提高风机性能,还能达到降低噪声的效果,具有一定工程应用价值。     

高效率内旋式海参吸捕装置吸嘴结构设计及参数优化

为了提升海参吸捕装置吸嘴性能以提高系统的效率,课题组在传统直管状吸嘴的基础上,提出了内涡旋式吸嘴和外涡旋式吸嘴2种新式结构。通过对直管状吸嘴、锥形罩吸嘴、内涡旋式吸嘴和外涡旋式吸嘴进行FLUENT仿真分析,筛选出管口轴线高度和吸拾能力均最强的吸嘴;通过正交试验法得到最优的吸嘴结构;最后通过搭建实验平台进行吸嘴实验验证。仿真与实验结果表明：内涡旋式吸嘴管口轴线高度和吸拾能力均最强,且内流道涡旋式引导板宽度20 mm、内流道涡旋式引导板的高度30 mm和内涡旋式引导板的螺距130 mm时效率最高。该研究有利于提高海参吸嘴在实际应用中的吸捕效率。     

喷涂机器人的喷头结构优化

在喷涂机器人自动喷塑过程中,静电装置和喷嘴内部易产生粉末涂料堆积的问题,因此课题组基于SolidWorks 2016软件建立了喷头三维模型;使用ANSYS17.0的FLUENT模块对喷头进行流体仿真分析,发现喷头内部结构设计不合理。然后对喷头进行结构优化：将静电装置中原先的单条4 mm宽度横梁改成3条按等边三角形分布的1 mm宽度的横梁,同时将内芯的圆柱体改成圆锥体;使用斜面喷嘴代替整平面喷嘴,并对斜面角度进行研究,发现45°角斜面是最合适的角度。静力学分析结果表明：改进后喷嘴内粉末不易堆积,优化设计达到了要求。     

三聚甲醛／水换热器的数值模拟及结构改进

针对某大型化工企业的三聚甲醛／水换热器在生产中发生的失效问题,借助于ANSYS FLUENT 15．O软件对换热器的流体流动以及传热进行数值模拟。通过分析管程和壳程流体的流速分布、温度分布及压力分布情况,找到产生故障的原因,提出结构改进措施,并采用数值模拟的方法,验证结构改进的合理性。研究结果表明：改变管程进口的方向和距离,调整壳程进、出口的位置,并在管程和壳程进口处加防冲档板能够使管程和壳程进、出口处的流场分布趋于均匀;降低流体对管束的冲击力,改善管束周边的应力分布状态。结构改进后可有效防止事故的发生。     

基于ANSYS的增强型混合式进电动机的静转矩分析与计算

文章介绍了一种新型的增强型混合式步进电动机,该型电机在普通混合式步进电机的定子槽中加装了径向充磁永磁材料。研究中通过ANSYS软件对该型电机进行了三维电磁场有限元仿真分析。有限元分析结果与试验结果符合良好,分析结果显示：与普通混合式步进电机相比,增强型混合式步进电动机的最大静转矩幅值提高了约60%,极大地改善了电机的总体性能。     

往复泵曲轴在不同支承结构下的有限元分析

曲轴是往复泵关键的运动受力元件,精确计算其应力应变十分重要。文章以某5缸单作用往复泵的曲轴为研究对象,采用Proe2.0进行了三维实体建模,运用Ansys10.0对其进行有限元分析,得出了2支承与4支承结构下的整体曲轴应力分布与变形情况。经验证这2种支承结构下的曲轴刚度和强度均符合要求,且4支承曲轴的受力与变形情况得到明显改善。分析结果为曲轴的设计和新型高效往复泵的研发提供理论参考与技术支持。     

基于速度环补偿的零力控制方法

针对当前零力拖动控制方法成本较高、系统复杂的缺点,课题组提出一种基于速度环补偿的零力控制方法,适用于小型机械臂的拖动示教。根据伺服电机励磁电流与力矩的线性关系,利用电流检测代替复杂的力矩传感器,并通过实验验证这一替代的可行性;设计一种模拟人手拖动单关节电机实验方法,运用控制变量法研究在外力拖动下关节电机转速与励磁电流之间的关系。实验结果表明外力不变时存在一个转速使励磁电流值最小,此时对应了需要的拖动力最小。本研究验证了基于速度环进行零力控制的可行性,为零力控制提供了新的思路。     

基于ANSYS的热成形模具结构优化

基于冲压成型工艺试验分析系统,针对模具内材料受热膨胀将对模具导向装置及结构造成干涉的问题,利用有限元分析软件ANSYS对模内温度场进行热力耦合分析,得出各部分材料的热膨胀程度。为基于正向压边模架的模内加热装置提供可靠的实验参数和热力学设计依据,提高了模具结构设计的合理性,达到优化设计的目的。