基于速度场的人工势场法机械臂动态避障研究

为了提高机械臂在动态避障时的安全性和精确性,提出一种基于速度场的人工势场避碰算法。首先,建立吸引速度场,得到机械臂对运动目标追踪的轨迹;然后,结合危险场法构建排斥速度场,使机械臂可以在多障碍物的环境下实现动态避障和安全性评估;最后,针对人工势场法易陷局部最小值的问题,提出在和速度的法方向添加附加速度的方法逃逸局部最小值。利用Matlab Robotics Tool对算法进行了验证,结果表明,基于速度场的人工势场法可实现机械臂的动态目标的追踪、移动障碍物避碰和安全性评估。     

基于冲突预测的多自动导引小车避碰决策优化

为有效解决路径冲突和避碰问题,提高多自动导引小车(AGV)系统的作业效率,提出基于冲突预测的多AGV避碰决策优化方法。结合图论提出一种基于顶点属性和实时位姿信息的冲突预测方法,在考虑路网全局状态的基础上建立避碰决策的数学评价模型,提出一种适用于多AGV系统避碰决策优化的改进粒子群优化算法,通过优化粒子运动的速度和方向避免优化算法过早收敛。采用融合遗传算法的变异思想为粒子引入变异操作,改善优化算法的全局搜索能力。最后通过实验测试表明,该优化方法可以有效解决多AGV系统路径冲突问题,还能缩短避碰过程中AGV的等待总时长,提高多AGV系统运行的安全性与效率。     

一种多机器人的改进势场路径规划算法

针对多机器人在实际作业中面临的全局拥堵问题和对人类避障问题提出了三种改进势场。为保证机器人之间的基础避碰,使用社群势场定义机器人之间的相互作用力。当人类与机器人在环境中共存时,使用行为势场,兼顾机器人移动效率和对人类避障,以寻求安全与效率之间的平衡。提出防堵势场以识别并避免全局拥堵。在仿真中,结合三种势场,对提出的规划方法的有效性进行了验证。通过投影的实验结果将改进前后的方法进行了对比,进一步说明了提出方法较传统方法效率更高。     

工业机器人避碰算法研究与展望

随着人机共融技术的快速发展,智能制造成为未来工业发展的主题,作为未来制造业的核心——工业机器人,其避碰技术是人机共融领域的研究热点,具有极高的科研价值和可观的应用前景,该技术的核心内容之一为机器人避碰算法的研究。文中从传统方法和智能方法两方面阐述了代表性的机器人避碰算法研究,分析比较了各种算法的优势与不足,而后总结了针对避碰算法的不足而改进的算法等,最后对机器人避碰算法的发展趋势进行了展望。     

冗余双臂机器人实时协调避碰方法研究

对冗余双臂机器人的实时协调避碰规划进行了分析,提出了一种利用杆间最短距离作为避碰距离指标的避碰方法,利用胶囊体包围壳对机器人进行简化建模,然后计算机器人连杆间的最小距离,另外,为了减小障碍物对机器人动作的影响及降低机器人控制运算量,引入了一个权值函数以实现机器人手臂避碰算法的动态规划,通过调整避障运动幅度,提高机器人的避碰效率,在此基础上确立了一种改进的距离函数法。最后通过仿真验证了改进后的距离函数法的有效性及可靠性。     

基于运动学、刚度和动力学性能的并联机构有序递进三级优化设计及其应用

提出一种基于运动学、刚度和动力学性能的并联机构有序递进三级优化策略,即分别应用遗传算法（GA）、粒子群算法（PSO）、差分进化算法（DE）三种智能算法,以工作空间性能和运动/力传递性能为目标的尺度参数优化方法,又在优化尺度参数基础上,以机构承载刚度和整体刚度为目标进行构件截面参数优化,再在优化尺度参数和截面参数基础上,以动力学灵巧度和能量传递效率为目标进行构件质量参数优化,从而使得机构的尺度、截面及质量参数达到最优。以一种零耦合度三平移一转动（SCARA）并联操作手为例,运用矢量法建立了并联操作手的运动学模型,通过工作空间性能和运动/力传递性能两个运动学指标,优化其尺度参数;运用虚拟弹簧法得到该并联操作手的刚度模型,通过对三维模型的参数识别得到其柔度矩阵,并分析了承载刚度、整体刚度两个刚度性能指标,优化了构件的截面参数;利用动力学普遍方程导出了该并联操作手的动力学模型,通过动力学灵巧度和能量传递效率两个动力学性能指标,优化了构件的质量参数。最终,该并联操作手的运动学、刚度和动力学综合性能达到最优,也得到了一些尺度、截面及质量参数的设计准则。     

力反馈型主操作手工作空间分析与仿真方法研究

主操作手工作空间代表了主操作手的活动范围,从几何方面讨论了主操作手的工作性能,它是衡量主操作手工作能力的一个重要的运动学指标,在主操作手的设计、控制与应用过程中,都需要考虑。通过主操作手正运动学解计算求得末端执行器空间位置与各关节变量之间的函数关系,在MATLAB中分别运用数值法、图解法以及解析法对主操作手的工作空间进行仿真;根据三维电磁跟踪系统采集的位置信息,通过定量与定性分析,验证求解主操作手工作空间仿真算法的正确性;最后根据所得工作空间形状体积,布局主操作手在操作台上的位置,同时,提出3种主操作手工作空间求解方法的特点及其应用场合,为主操作手运动学性能指标评价和术前手术规划奠定了基础。     

动态环境下移动机器人路径规划的改进蚁群算法

研究动态环境下移动机器人路径规划问题,采用栅格法对机器人工作空间进行建模,在使用蚁群算法进行全局路径搜索过程中引入人工势场的概念,使蚂蚁对最优路径更加敏感;机器人针对动态环境中可能出现的不同类型障碍物分别执行不同的避障策略;同时提出一种最优路径预测模型用于预测在避障过程中是否出现新的最优路径。算法结合人工势场法和蚁群算法的特点,将全局路径规划与局部路径规划相融合以提高路径搜索的效率。仿真结果验证了该算法的有效性。     

并联微操作手运动空间分析

工作空间分析是设计微操作手的一个重要因素。对微操作手的定姿态工作空间和不定姿态工作空间进行研究：对定姿态工作空间采用一维搜索法求得边界点;对不定姿态工作空间,利用微操作手的微动特性,使用Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ法求得工作空间的边界曲面。用实例进行仿真计算,同时考察结构参数对工作空间的影响,得到一些规律性的变化关系,结果可以指导微操作手实际结构参数的确定。     

基于远心机构的主操作手建模与仿真研究

针对泌尿外科微创手术机器人的末端执行器如何在有限空间中完成给定任务,以提高泌尿外科微创手术的安全性问题,对其主操作手的运动学和工作空间进行了研究。根据泌尿外科微创手术特点和技术要求,基于远心机构,设计了具有6个自由度主操作手,用于控制该手术机器人的末端执行器;采用修正后的D-H参数法,建立了运动学模型,求得了主操作手的末端空间位置与各关节变量之间的函数关系和运动学逆解;利用Matlab和ADAMS软件对主操作手进行了运动学和理论工作空间仿真,并进行了结果对比分析。研究结果表明:该主操作手结构设计合理、模型建立准确、灵活度高,可以完成给定手术任务。     

NOVEL APPROACH FOR ROBOT PATH PLANNING BASED ON NUMERICAL ARTIFICIAL POTENTIAL FIELD AND GENETIC ALGORITHM

A novel approach for collision-free path planning of a multiple degree-of-freedom (DOF) articulated robot in a complex environment is proposed. Firstly, based on visual neighbor point (VNP), a numerical artificial potential field is constructed in Cartesian space, which provides the heuristic information, effective distance to the goal and the motion direction for the motion of the robot joints. Secondly, a genetic algorithm, combined with the heuristic rules, is used in joint space to determine a series of contiguous configurations piecewise from initial configuration until the goal configuration is attained. A simulation shows that the method can not only handle issues on path planning of the articulated robots in environment with complex obstacles, but also improve the efficiency and quality of path planning.     

一种新的编码方法解决路径规划问题

提出了一种在极坐标环境下应用遗传算法求解机器人路径规划问题的方法.该方法采用简洁有效的路径染色体编码方法和快速的个体适应度计算方法,并对生成的初始路径点集进行提炼处理,以剔除其中含有的不必要拐点;仿真结果表明该方法可以解决大范围、多障碍环境的机器人路径规划问题.     

极坐标系下基于遗传算法的路径规划方法

提出了一种在极坐标环境下应用遗传算法求解机器人路径规划问题的方法 ,该方法采用简洁有效的路径染色体编码方法和快速的个体适应度计算方法 ,并对生成的初始路径点集进行提炼处理 ,以剔除其中含有的不必要拐点 ;仿真结果表明该方法可以解决大范围、多障碍环境的机器人路径规划问题     

基于L1距离的人工势函数构造及机器人无碰撞路径规划方法

介绍了三维空间中凸多面体间L1距离的性质及其计算方法,在此基础上提出一种基于L1距离的机器人C-空间人工势函数构造方法以及相应的机器人无碰撞路径规划方法,并对二维空间中移动机器人的无碰撞路径规划进行了图形仿真。     

汽车磁流变半主动悬架系统的7+k自由度动力学模型与模态控制

在全车7自由度模型的基础上，提出了附加司机与乘员一座椅系统的7＋k自由度汽车动力学模型，并给出了在此模型上安装有4个磁流变可控阻尼器的半主动悬架系统的闭环动力学方程。利用独立模态与耦合模态二次优化控制原理，对系统进行了半主动控制律设计。以小轿车的11自由度模型为例进行数字仿真计算分析，说明了采用7＋k自由度车辆动力学模型的合理性以及采用模态控制方法对其进行控制律设计的优点及其良好的总体控制效果。     

基于遗传算法的焊接机器人三维路径规划研究

针对汽车焊接机器人路径规划不合理的问题,采利用遗传算法针对三维路径规划问题提出了相应的遗传编码方法,构造了相应的遗传算子,为焊接机器人三维路径的规划问题提出了一条新的发展路径。     

多翼离心通风机全流场数值模拟与性能预测

针对多翼离心通风机建立全流场整机模型,采用计算流体动力学方法对其在设计工况下的内部三维流场进行了定常数值模拟,揭示了其内流场的基本特征,通过试验验证了数值方法的可靠性,并预测了多翼离心风机的多工况性能。     

Mc3D: A three-dimensional Monte Carlo system simulating image contrast in surface analytical scanning electron microscopy I—Object-oriented software design and tests

The main features of a three-dimensional (3-D) Monte Carlo software system (Mc3D), designed for the simulation of electron scattering and image contrast in a scanning electron microscope, are reported. Before simulating electron trajectories in the sample, impingement of the incident electron beam is described by introducing the idea of a virtual scan path in 3-D space. A general and concise algorithm is given for simulating the intersection of electron trajectories leaving the sample onto multidetector entrance apertures distributed in 3-D space. By optimising the object-oriented design in conjunction with the use of a process-oriented and data-oriented code structure, Mc3D is capable of simulating microscopic analysis of a sample with a 3-D geometry or structure that can be expressed with formulae. Three examples of the use of Mc3D are given. The first is for linescans across a block of SiO₂ on top of a Si substrate; the second is for a stripe of SiO₂ embedded in a Si substrate. Finally, the simulation of Auger linescans across an Au overlay on Si is compared with experimental results. The relationships between experimental linescans and the true beam impact positions on the sample are revealed through the virtual scan path. An edge effect, parallel-edge enhancement, is predicted when the incident electron beam size, the distance of impact position to the terrace edge, and the inelastic mean free path of the Auger electron from a given element are comparable, and the linescan is parallel to the terrace edge. All three examples demonstrate the sensitivity of image contrast to the disposition of the sample with respect to the electron column and the detector position.     

Analysis of transient flow in a pump-turbine during the load rejection process

The transient flow in pump-turbines during the load rejection process is very complex. However, few studies have been conducted on three-dimensional (3-D) numerical simulation. Hence, we simulated 3-D transient turbulent flow in a pump-turbine during the load rejection process using the calculation method of coupling the flow with the rotor motion of rigid body. To simulate the unsteady boundary conditions, the dynamic closing process of the guide vanes was simulated with the dynamic mesh technology. The boundary conditions at the spiral-casing inlet and the draft tube outlet were determined using the user defined functions (UDF) according to the experimental data. The numerical results of the rotational speeds show a good agreement with the experimental data. Then, the complex transient flow in the pump-turbine during the load rejection process was analyzed based on the numerical results. The results show that there are severe unsteady vortex flows in the vaneless space near the conditions under which the hydraulic torque on the runner equals to zero. When the pump-turbine operates into the maximum reverse discharge condition in the reverse pump operating process, the unsteady vortex flows in the vaneless space are instantaneously impacted into the region between the guide vanes and the stay vanes by the sudden reverse flows. The formation and development mechanism of the unsteady vortex flow in the vaneless space is associated with the distribution characteristic of the velocity field.     

球头铣刀高速铣削斜面的三维数值模拟研究

用球头铣刀高速铣削斜面是在三轴加工中心上加工模具时的一种走刀方式。根据球头铣刀高速铣削斜面的特点,建立了在垂直向上和向下、水平向上和向下四种走刀方式下高速铣削45°斜面,以及在垂直向下走刀方式下高速铣削30°、60°、75°斜面的三维有限元模型,以分析不同走刀方式下铣削斜面以及铣削不同角度斜面时切削力和切削温度的变化规律。模拟结果表明,在铣削45°斜面时,采用向上走刀方式较向下走刀方式的切削力幅值小、波动大,且切削温度高;采用垂直向下走刀方式铣削大角度斜面时也出现类似情况。对切削力的实测结果验证了该模型的可靠性。