检索结果-南通市图书馆

作者：王晓林哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

被动动力行走是机器人领域一个重要的研究方向，重点是对步行机理、步态特性的分析，同时结合其行走步态高效、稳定、自然、柔顺的优势，在对机器人自身结构及动力学优势充分发掘的基础上，为机器人样机的建造和推进实用化提供新的思路... 详细信息

被动动力行走是机器人领域一个重要的研究方向，重点是对步行机理、步态特性的分析，同时结合其行走步态高效、稳定、自然、柔顺的优势，在对机器人自身结构及动力学优势充分发掘的基础上，为机器人样机的建造和推进实用化提供新的思路。本文将建立双足有膝关节机器人动力学模型，并围绕轨道稳定性和全局稳定性分析被动机器人的步态特性，进一步了解被动行走本质。同时为提高机器人适应能力，提出基于强化学习的被动行走自适应控制策略，并通过仿真和样机实验验证控制策略的有效性。首先，在对被动机器人模型演化过程和直腿点足模型运动特点分析的基础上，建立一种带膝关节点足简化模型。结合人类行走特点对模型进行步态划分，通过理想化假设，采用Lagrange方程和角动量守恒推导摆动阶段和碰撞阶段的动力学方程，并给出数值仿真流程。在此基础上，建立混合系统数学模型，基于庞加莱映射原理，采用牛顿-拉普森迭代法求解不动点，分析步态误差同Floquet乘数关系;以求得不动点为初值，深入分析稳定被动动力行走步态特性。利用胞映射法，求解膝关节模型行走步态收敛域范围，并改变胞元密度以观察步态收敛域变化。针对纯被动模型步态收敛域范围小、稳定性差的缺陷，在保证纯被动行走优势的前提下，在髋关节添加PD控制使之成为准被动形式，并分析控制器参数变化对行走步态产生的影响。为模拟控制器效果，在Adams环境下建立模型进行动力学仿真，并对仿真结果进行分析。然后，在以PD控制作为底层控制的基础上，建立基于CMAC网络的Sarsa(λ)增强学习控制策略，对增益参数进行优化，提高机器人行走自适应性。应用该控制策略，在不同倾角的斜坡平面上进行仿真，对控制效果进行分析。最后，在实验室已有机器人样机的基础上进行结构和硬件改进，移植控制算法到实验样机中，并进行了不同坡度下的行走样机实验。通过对实验结果的对比分析，验证控制策略的有效性。

关键词：双足被动动力行走步态收敛域 PD控制增强学习

双足机器人气动变刚度足部设计及步态规划研究

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双足机器人气动变刚度足部设计及步态规划研究

作者：李文渊哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

仿人双足机器人具有灵活的移动机构和很强的移动能力,特别在崎岖不平的地面及复杂的环境中双足机器人的移动能力相比轮式和履带式机器人具有明显的优势。但是,目前双足机器人的足部结构多为平足和点足结构,在机器人的步行过程中足部无... 详细信息

仿人双足机器人具有灵活的移动机构和很强的移动能力,特别在崎岖不平的地面及复杂的环境中双足机器人的移动能力相比轮式和履带式机器人具有明显的优势。但是,目前双足机器人的足部结构多为平足和点足结构,在机器人的步行过程中足部无法始终提供可靠的支撑效果,在地面突起物的影响下常发生足部支撑点区域的变化和支撑点的滑移,对双足机器人的行走稳定性产生负面的影响。因此本课题旨在设计一种能够降低不平整地面对双足机器人行走稳定性影响的足部系统,并针对这种足部结构,设计双足行走步态。首先,总结了平足结构及点足结构的问题,借鉴了目前具有适应能力的足部设计方案,提出了基于被动排气原理的气动变刚度足的结构方案,使足部上的变刚度单元能够通过被动触发实现高低刚度切换的功能,使足部既能为双足步行提供有效支撑又能包容地面突起物。基于以上变刚度方案进行了变刚度单元的布置方案研究,对足部结构进行了设计和校核,集成压力传感器,完成结构设计。其次,考虑气电混合驱动的双足机器人的实际机械结构,考虑具有两个耦合自由度的膝关节的结构特点,建立了双足机器人的运动学模型。考虑气动变刚度足的弹性势能,考虑足部柔性对机器人姿态的影响,建立了双足机器人系统的动力学模型。而后,考虑足部触地及离地时姿态保持水平的要求,利用多项式插值的方法规划了适用于气动变刚度足的双足步行步态。求解了步行过程中各关节转角的运动轨迹,结合气动肌肉的气压-位移特性以及关节的结构特点,求解了肌肉气压变化轨迹。最后,搭建刚度实验平台并分析了变刚度单元的刚度特性;对压力传感器进行了标定。搭建足部适应能力实验装置,验证足部适应地面突起物的功能。设计并搭建了双足行走实验平台,针对机器人的硬件接口搭建了双足机器人的控制系统,针对电机和气动肌肉的特性设计了关节控制器。进行了平整地面和不平整地面上的行走实验,验证了步态规划算法的正确性,对比了普通平足和气动变刚度足的步行姿态及ZMP轨迹,验证了气动变刚度足部系统的功能以及其对双足机器人步行稳定性的改善。

关键词：双足机器人变刚度足步态规划步行稳定性

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变刚度机器人手爪及抓取策略研究

变刚度机器人手爪及抓取策略研究

作者：张璞哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着新兴的交叉学科不断涌现,机器人手爪作为机器人系统中的重要组成部分,担负了越来越复杂的工作任务,也对其适应性提出了更高的要求。相比于传统的固定刚度手爪,刚度可调节的手爪同时具有刚性手爪和柔性手爪的优势,可以适应更广泛的... 详细信息

随着新兴的交叉学科不断涌现,机器人手爪作为机器人系统中的重要组成部分,担负了越来越复杂的工作任务,也对其适应性提出了更高的要求。相比于传统的固定刚度手爪,刚度可调节的手爪同时具有刚性手爪和柔性手爪的优势,可以适应更广泛的抓取任务。同时,传统机械臂上的末端夹持装置,通常功能单一,仅有一种或极少的几种抓取姿态,难以很好的适应不同类型的抓取需求。针对这种情况,本文设计了一种通过改变拮抗布置非线性弹簧初始压缩量的刚度调节装置,利用非线性弹簧刚度随初始压缩量而改变的特点,实现了变刚度功能。同时为了尽可能的缩小装置体积,采用了电机复用的方案,利用系统原有的驱动器,在特殊位置调节刚度,实现刚度调节的情况下不增加驱动器数量。在此基础上,分析人手的抓取姿态,从功能出发,通过增加手爪的对掌自由度,设计完成了可以实多种抓握姿态的机器人手爪装置,一定程度上拓展了机械手爪的工作场景。同时,采用功能分区的理念,设计了二自由度和三自由度的手指连杆结构,依据手指的抓握功能和微调功能配置驱动器,合理的分配了电机的功率和速度,有助于缩小手爪体积,降低成本。并对手爪的单指进行了动运动学和静力学的分析,计算工作空间并解算关节角度对应的电机位置,最终完成整体结构设计。接下来对系统的控制结构进行了设计,对抓取过程中的刚度切换、姿态选择等过程进行了分析研究,并通过基于位置的阻抗力跟踪算法,实现了抓取过程中的指尖力控制。最后,搭建变刚度机器人手爪实验平台并进行了相关实验。平台包括了完整的机械结构、驱动控制系统以及对应的控制程序。在相关实验部分,测量了手指关节的转动刚度,验证了刚度调节的可行性。利用手指关节的柔性环节,通过对位置的控制,实现了指尖开环的力控制,并在加入力传感器后,采用基于位置的阻抗力跟踪算法实现了力控抓取。进行了不同姿态的抓取实验,实现了适应多种抓握姿态的设计理念。

关键词：机器人手爪变刚度抓取策略柔性驱动器

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基于双目视觉的特征目标三维信息构建

基于双目视觉的特征目标三维信息构建

作者：张克兵哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

双目视觉技术可以从含有视差的两幅平面图像中恢复出任意空间点的三维信息，具有捕获的信息量大、适用范围广、可非接触性测量等特点。通过研究双目视觉技术及准确的恢复空间特征目标的三维信息，可以帮助实现机器人导航、工业平台定位... 详细信息

双目视觉技术可以从含有视差的两幅平面图像中恢复出任意空间点的三维信息，具有捕获的信息量大、适用范围广、可非接触性测量等特点。通过研究双目视觉技术及准确的恢复空间特征目标的三维信息，可以帮助实现机器人导航、工业平台定位、航空航天对接等任务，具有极高应用价值与现实意义。本文以双目视觉技术为基础，对空间特征目标的三维信息构建进行了研究。摄像机标定技术是双目视觉技术得以继续研究的基础，通过研究传统的标定方法提出一种基于十字同心圆的摄像机标定方法，该方法基于曲线拟合可以获得较为精准的参考点及较准确的摄像机模型。利用摄像机标定的参数对图像对进行畸变校正及使用旋转极线校正法对极线进行校准。为了提高特征目标三维信息恢复的准确度，需要对双目摄像机采集的图像对中带有的噪声与亮度差异进行消除。利用三阶段的图像预处理方法滤除图像的噪声、平衡图像对的亮度差异及增强图像中被弱化的细节。通过研究图像的检测的技术，识别与提取图像对中特征目标及角点信息进而为后续的空间目标的三维信息恢复做准备。立体匹配技术是双目视觉的核心技术，通过匹配立体图像对的对应信息可以构建图像对特征目标的视差信息。基于传统的动态规划算法提出一种基于特征点的动态规划算法，该算法以检测的角点为匹配的控制点优化动态规划算法的寻优轨迹以提高算法的执行效率。基于立体匹配对应点的视差信息，研究三维点坐标恢复技术以获取任意空间对应点的三维坐标。在研究双目视觉理论的基础上，基于静态特征目标与动态特征目标对视觉算法进行实验验证。通过实验验证了双目视觉系统对静态特征目标的准确定位、动态特征目标的动态识别及实时跟踪等进而从实际应用方面验证了提出算法的有效性与可靠性。

关键词：双目视觉技术特征目标摄像机标定立体匹配

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面向托卡马克的维护机械臂作业研究

面向托卡马克的维护机械臂作业研究

作者：郁万涛哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

核聚变能作为一种原料来源丰富、反应后清洁无污染的新能源,被普遍认为是解决当今能源危机的重要出路。为推进核聚变反应堆工程技术的商业化,世界多国联合开展了国际热核聚变实验反应堆计划(ITER)。随着计划的实施,针对磁约束核聚变反应... 详细信息

核聚变能作为一种原料来源丰富、反应后清洁无污染的新能源,被普遍认为是解决当今能源危机的重要出路。为推进核聚变反应堆工程技术的商业化,世界多国联合开展了国际热核聚变实验反应堆计划(ITER)。随着计划的实施,针对磁约束核聚变反应堆(托卡马克)的维护机器人逐渐成为研究热点。本文对具有广泛适应性,能在托卡马克中进行检测、除尘、抓取、零部件拆卸与安装作业的维护机械臂展开研究,主要内容如下:首先对维护机械臂进行运动学分析。维护机械臂由双操作臂和大尺度机械臂组成,根据任务需求分析了二者结构的合理性。对双操作臂利用D-H参数法进行运动学建模并求解正运动学,利用反变换法求取逆运动学解析解,通过微分变换法推导双操作臂的雅克比矩阵。对大尺度机械臂进行正运动学分析。之后通过蒙特卡洛法求取双操作臂工作空间以及大尺度机械臂在环境限制条件下的实际工作空间,证明二者均符合指标要求。其次对于双臂协调作业问题,研究了松协调和紧协调作业下双操作臂的约束关系,推导了位姿约束和速度约束。建立了笛卡尔空间下双操作臂协调运动的轨迹规划算法,利用多项式插值保证了关节位速度和加速度的平滑。编写Matlab程序通过双臂协调搬运任务仿真对算法进行测试,结果表明双臂顺利完成任务且轨迹平滑,有效避免了刚柔性冲击,验证了约束关系及轨迹规划算法的正确性。最后在ADAMS中建立了仿真环境,再现了双臂协调运动过程。围绕面向托卡马克作业的维护机械臂远程操控需求,利用Unity3D引擎设计了基于虚拟现实的人机交互系统。从系统总体框架、运行原理,模型组织方式及主要功能模块实现方法等多方面进行了研究,构建了基于虚实双模型的虚拟场景,利用基于层的包围盒方法实现了针对真空室环境的实时碰撞检测,设计了符合项目需求的人机交互界面,最终设计出具有运动仿真、仿真过程复现、场景漫游、主从交互、网络通信等功能的人机交互系统。最后搭建试验平台对人机交互系统分别进行了离线仿真和在线测试,验证了技术方案的可行性。

关键词：托卡马克维护机械臂双臂协调人机交互 Unity3D

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基于变刚度踝关节的双足机器人研究

基于变刚度踝关节的双足机器人研究

作者：宋嘉琦哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

相较于轮式及履带式机器人,双足机器人的地形适应性更强,灵活性更高,能耗更低。由于其结构设计的仿人特点,双足机器人可以更好地融入人类社会,代替或协助人类完成高负荷、高危险的工作。在对双足机器人的研究中,提升步行稳定性,尤其是... 详细信息

相较于轮式及履带式机器人,双足机器人的地形适应性更强,灵活性更高,能耗更低。由于其结构设计的仿人特点,双足机器人可以更好地融入人类社会,代替或协助人类完成高负荷、高危险的工作。在对双足机器人的研究中,提升步行稳定性,尤其是足地碰撞时刻的步行稳定性,一直是研究的重点方向。因此,本文对双足机器人变刚度踝关节的设计、步态规划和控制方法进行了研究,以减小足地碰撞对步行稳定性的影响。首先,建立了对应于变刚度踝关节双足机器人结构的运动学及动力学模型。在不同假设条件下,对机器人的七连杆动力学模型进行简化,分别建立了踝关节刚性状态下的足地碰撞简化模型和考虑踝关节刚度的足地碰撞细化模型。通过对足地碰撞过程的两种理论模型进行分析和计算,从理论上证明了柔性踝关节能够减小足地碰撞时刻的地面冲击并减小运动能耗。其次,基于ZMP稳定性判据和线性倒立摆模型对双足机器人进行了步态规划。规划机器人ZMP在单支撑期始终位于支撑足中心,在双支撑期从原支撑足中心平滑过渡至新支撑足中心,以保证步行过程的稳定性。结合人类行走步态与变刚度踝关节的工作需要,规划摆动足在离地前绕足尖翻转,在触地时刻与地面成一定角度。利用变刚度踝关节对地面冲击的吸收作用,在步态规划中规划摆动足踝关节在触地前后速度连续,使摆动腿的运动更为符合人类行走步态。而后,根据足地碰撞过程中的能量关系,设计了踝关节刚度控制器。对于支撑足的变刚度踝关节,基于拓展线性倒立摆模型和ZMP预观控制理论对其角度进行控制,其余关节在运动过程中均利用数字PID控制器进行位置控制。在机器人控制方法设计完成后,对机器人的虚拟样机模型进行了动力学仿真,测试不同踝关节刚度下双足机器人的步行效果。最后,设计了基于气动变刚度单元的变刚度踝关节结构,并完成了气动变刚度单元选型及测试。在变刚度踝关节结构设计基础上进行了样机的总体结构设计,并搭建了控制系统硬件平台。基于双足机器人样机平台,分别进行了踝关节刚性状态下和踝关节变刚度状态下的机器人行走实验,验证了变刚度踝关节减小足地冲击,提高机器人步行稳定性的作用。此外,基于变刚度踝关节的步态规划及控制策略效果通过实验进行了验证。

关键词：双足机器人足地碰撞变刚度踝关节步态规划步行稳定性

一种基于轨迹模仿学习和任务规划的机械臂演示学习方法研究

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一种基于轨迹模仿学习和任务规划的机械臂演示学习方法研究

作者：周欣宇哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

机器人演示学习技术在一定程度上解放了人类的编程压力,在家政服务机器人以及工业机器人上有着广阔的应用前景。优异的演示学习方法应使得机器人具有灵活的任务学习与规划能力,以应对多变的工作环境以及不同用户的需求。目前演示学习方... 详细信息

机器人演示学习技术在一定程度上解放了人类的编程压力,在家政服务机器人以及工业机器人上有着广阔的应用前景。优异的演示学习方法应使得机器人具有灵活的任务学习与规划能力,以应对多变的工作环境以及不同用户的需求。目前演示学习方法常见的研究路线主要分为两种:基于轨迹和基于任务目标规划。基于轨迹的演示学习将机器学习方法作用于示教轨迹,其优点是直观且易于复现,但针对复杂多变的任务在一定程度上会增加轨迹学习的复杂度,且其场景泛化能力较差。而基于任务目标规划的学习,通常借助机器视觉技术表达任务相关的信息,据此进行复现规划。其优点是场景泛化能力较强,但在复现时机器人执行的轨迹大多是预定义生成的,相对笨拙且工作量较大。综合分析了二者的优缺点,本文将基于轨迹和基于任务规划两类方法结合以实现优势互补,提出了一种基于机器视觉的演示学习框架。首先,相比于传统僵硬的人工拖动机器人示教方式进行轨迹模仿学习,本文采用了kinectv2摄像头去感知人体手部关节运动信息,基于动态时间归整、高斯混合模型、高斯混合泛化、动态运动基元等方法,提出了一种无标记人手示教的动作基元轨迹学习方法,并设计了轨迹学习实验,验证了该方法的可行性,探索了该方法的轨迹泛化能力。然后,本文还设计了一种基于图像处理和图像分析的任务表达及复现规划方法。该方法通过结合示教上下文提取并处理关键帧,以表达任务相关配置信息。复现时根据已表达的任务模型,在新场景中定位并估计目标物体姿态,以进行复现规划,结合动作基元的轨迹模仿学习,以控制机械臂复现执行任务。最后,搭建了手眼实验平台,针对实验平台配置提出了相应的手眼标定方法,将相机采集位姿数据映射至机械臂坐标系,参照装配作业设计了插孔任务与组装任务,运用本文所提出的整体学习框架进行复现验证,通过大量的实验,证明了该任务学习与复现规划的可行性,以及整体学习框架在复现执行时的可靠性。

关键词：演示学习任务学习任务规划机器视觉

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废墟狭窄空间辅助救援机器人研究

废墟狭窄空间辅助救援机器人研究

作者：王继斌哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

全球范围内地震灾害频繁，给相关国家和人民带来巨大的人民生命伤亡和经济财产损失。在救援工作中，当前救援人员大多采用手动或者半自动的救援工具在废墟环境中完成切割、顶撑等作业，以开辟救援通道，严重降低了救援工作的效率，同时... 详细信息

全球范围内地震灾害频繁，给相关国家和人民带来巨大的人民生命伤亡和经济财产损失。在救援工作中，当前救援人员大多采用手动或者半自动的救援工具在废墟环境中完成切割、顶撑等作业，以开辟救援通道，严重降低了救援工作的效率，同时危险的震后环境也时刻威胁着救援人员的生命安全。本文在国家863计划面向地震应急搜救机器人研究开发与应用的支持下，研制出适合于进入废墟狭窄空间的救援机器人实验样机以及用于切割、顶撑的救援工具和相应的操作臂，辅助救援人员深入废墟狭窄空间建立救援通道。根据救援机器人的性能指标及功能要求，设计一种可模块化组装、结构紧凑、可搭载救援工具的履带式救援机器人。机器人车体单元间的连接关节采用空间并联机构，强度和可靠性更好，可实现车体间主动的俯仰、偏航，而沿着车体轴线方向的被动转动自由度可以通过抱闸控制进行锁定和解锁，提高了机器人对地震复杂环境的适应性。根据救援机器人车体体积限制及功能指标，设计两个结构紧凑、升降范围大的顶撑工具和一个用于投放顶撑工具的通用顶撑机械臂;切割功能则由一个三自由度切割机械臂末端固定一个电动切割工具实现。高通过性的救援机器人搭载可实现远程作业的切割和顶撑机械臂及救援工具，增强了救援机器人深入废墟狭窄空间作业的能力。运动学分析是对机器人进行控制的前提，因此对机械臂和并联驱动关节进行运动学分析，求出各关节运动与末端位姿的关系。应用ADAMS仿真软件对并联驱动关节和顶撑机械臂进行仿真分析，验证结构设计的合理性。由于顶撑工具需要承受很大负载，利用有限元分析软件ANSYS WORKBENCH对顶撑工具进行有限元分析，检验强度刚度是否满足要求。研制救援机器人、救援工具及操作臂的实验样机，基于VC++6.0编制控制软件，实现对救援机器人的远程控制。针对救援机器人的高通过性和远程作业能力进行爬坡、行走、越障、切割和顶撑等实验。实验结果表明，救援机器人可以翻越300mm高的垂直障碍，跨越400mm宽的沟壕，切割工具可以切断直径为10mm的钢筋，两个顶撑工具顶撑范围分别为50-100mm和70-400mm，都可以顶撑500kg的重物。

关键词：履带救援机器人机械臂切割工具顶撑工具运动学静力学

面向非结构化环境的机器人6-DOF抓取技术研究

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面向非结构化环境的机器人6-DOF抓取技术研究

作者：陈俊杰哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

因非结构化环境中待抓取物体的多样性,以及周围环境的不确定性等因素,非结构化环境中的机器人抓取技术一直是机器人工业界和学术界的难点之一。本文针对这个问题,从物体识别分割、6-DOF抓取位姿估计、视觉建图、运动规划算法优化等四个... 详细信息

因非结构化环境中待抓取物体的多样性,以及周围环境的不确定性等因素,非结构化环境中的机器人抓取技术一直是机器人工业界和学术界的难点之一。本文针对这个问题,从物体识别分割、6-DOF抓取位姿估计、视觉建图、运动规划算法优化等四个方面展开研究,最终实现了可在非结构化、杂乱场景中准确抓取目标物体的机器人抓取系统,具有可观的抓取成功率和抓取速度。非结构化场景中识别和分割物体具备较大挑战性,尤其在遮挡情况下,本文基于实例分割算法SOLOv2实现了在复杂场景下对待抓取目标的准确识别和分割,通过多种图像增广技术提高了模型在小数据集上的分割能力和泛化能力,实验表明,模型的分割精度接近90%,分割实时性较好。传统抓取位姿估计方法都依赖于精确的物体CAD模型,以保证抓取的成功率和精度,但局限性较大,不具备场景泛化性。本文基于Contact-Grasp Net网络,提出一种端到端的6D抓取估计方法,通过大量非结构化抓取场景的训练使得网络具备较优的泛化能力,可在无目标CAD模型情况下准确估计出抓取位姿。本文还提出一种综合抓取评估方法,主要包含可达性评估、力封闭性评估和稳定性评估三部分,将此评估方式与抓取估计网络结合可以有效筛选出场景中的最佳抓取,提高抓取成功率。实验结果表明,本方法在混乱、遮挡等场景中都可以生成针对目标物体的可靠抓取位姿。机器人得到抓取位姿后还需要通过规划生成一条无碰撞路径,以执行抓取动作。本文基于Octomap完成规划地图构建,在规划算法层面,本文着眼于机器人抓取任务,引出一种新的规划最优的定义,并提出一种贪婪式快速扩展随机树算法GRRT-Connect,通过贪婪式步长递增和贪婪二分剪枝两个策略有效提高了算法的搜索效率并减小路径代价。实验证明,GRRT-Connect算法性能优于其他RRT系列算法。基于以上算法研究,本文设计了一套机器人6D抓取软件系统,主要包括通讯/中间层、核心功能层和指令交互层,在交互层设计了两种抓取模式:工业性和语音服务型。使用此系统进行了综合抓取实验和非结构化场景抓取实验,实验结果表明,抓取系统的平均抓取成功率高达94.58%,非结构化抓取场景中平均抓取成功率在90%以上,验证了本文提出的抓取方法的有效性和先进性。

关键词：非结构化环境物体识别及分割 6D抓取估计抓取评估运动规划

面向复杂曲面扫查的机器人路径规划和力控制方法研究

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面向复杂曲面扫查的机器人路径规划和力控制方法研究

作者：亢宇飞哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

齿轮、叶片、曲轴和复杂的车身结构件等是高端装备的核心关键部件,力学性能检测是上述核心关键部件制造工艺优化和质量控制的重要支撑,目前已经研制出了能够检测零件力学性能的微磁传感器,但由于叶片等零部件的表面常常是难以用数学方... 详细信息

齿轮、叶片、曲轴和复杂的车身结构件等是高端装备的核心关键部件,力学性能检测是上述核心关键部件制造工艺优化和质量控制的重要支撑,目前已经研制出了能够检测零件力学性能的微磁传感器,但由于叶片等零部件的表面常常是难以用数学方式表达的自由曲面,不同部位处的曲率有很大不同,很小的位移就会带来较大的姿态变化,难以运用到自动化扫查过程中。本文基于复杂曲面扫查这一背景,分别从以下几个方面进行了重点研究。在路径规划方面,提出了复杂曲面扫描路径规划方法,包括复杂曲面拓扑关系和曲率特征提取、复杂曲面变步长扫查规则、复杂曲面扫描路径点搜索方法等问题。用该方法对实际的叶片曲面进行了路径规划,结果表明,使用该方法得到的扫查路径相较于传统方法,其路径平均曲率更小,而且曲率波动也更平缓。基于上述路径规划结果,在机器人关节空间内,选用三次B样条插值方法来保证机器人的运动平滑,并对插值结果作进一步的时间最短优化。为提高计算效率,在经典遗传算法的基础上进行改进,具体包括:交叉和变异策略的改进、交叉率和变异率的自适应变化以及群体精英保留策略和模拟退火策略的引入。实验表明改进后的算法收敛速度极快,从而大大提升了求解速率。在扫查力控制和路径跟踪方面,基于阻抗控制模型,加入了环境等效刚度估计方法,运用模糊控制器实现参数自适应,使用模型预测控制实现路径跟踪。为防止机器人与复杂曲面接触时发生剧烈碰撞,引入虚拟力和力前馈控制策略来降低冲击力,使接触力能够迅速稳定。最后通过实验验证了上述理论的合理性和通用性。在实际扫查过程中,机器人没有出现较大的振荡和碰撞,路径跟踪精度高,接触力始终保持恒定,可以完成预定扫查工作。

关键词：复杂曲面路径规划力控制