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面向骨折复位手术的冗余并联机构:设计、建模与性能分析

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机械工程学报 2024年第17期60卷 133-146页

作者：梁旭张建勇李国涛苏婷婷何广平侯增广北京交通大学自动化与智能学院北京100044 北方工业大学机械与材料工程学院北京100144 中国科学院自动化研究所北京100190 北京工业大学信息学部北京100124 中国科学院大学人工智能学院北京100049

针对并联骨科机器人在微创骨折复位手术中工作空间相对较小、规避奇异位形能力相对较弱等问题,提出一种基于Gough-Stewart平台(Gough-Stewart parallel mechanism,GSPM)的新型运动学冗余并联机构。对所提新型冗余并联机构进行了介绍,建... 详细信息

针对并联骨科机器人在微创骨折复位手术中工作空间相对较小、规避奇异位形能力相对较弱等问题,提出一种基于Gough-Stewart平台(Gough-Stewart parallel mechanism,GSPM)的新型运动学冗余并联机构。对所提新型冗余并联机构进行了介绍,建立了该新型机构的运动学模型,并对其工作空间进行了仿真。基于三点法构建了维度齐次雅可比矩阵,比较了该新型并联机构和GSPM的灵巧性与奇异性。采用多变量多目标优化方法对所提出的新型并联机构的几何参数进行了优化。最后,在3D打印样机上进行了实验,实验结果表明:相比GSPM,新型并联机构的工作空间体积扩展了273.5%,且灵巧性更优,验证了仿真和分析方法的有效性。

关键词：冗余并联机构工作空间多目标优化奇异性灵巧性

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乡村文旅活动的沉浸式体验

云端

云端 2024年第35期 21-23页

作者：何广平尤优徐牧聊城大学西北大学艺术学院

在全球化和现代化的浪潮中，乡村传统文化作为一种独特的文化资源，承载着丰富的历史信息和地域特色，对于维护文化多样性和促进地方经济发展具有不可替代的作用。乡村旅游因其独特的产业联动能力、创业就业带动能力和强村富民效应被《...

在全球化和现代化的浪潮中，乡村传统文化作为一种独特的文化资源，承载着丰富的历史信息和地域特色，对于维护文化多样性和促进地方经济发展具有不可替代的作用。乡村旅游因其独特的产业联动能力、创业就业带动能力和强村富民效应被《“十四五”旅游业发展规划》视为“助力乡村振兴的重要生力军”。然而，有效地传承和推广这些文化，使之在现代社会中焕发新的活力，已成为一个亟待解决的问题。近年来，沉浸式体验作为一种新兴的旅游活动形式，因其能够提供深度参与和情感共鸣的特点，受到了广泛关注。沉浸式体验通过创造一个全方位的感知环境，使参与者能够“身临其境”，从而增强体验的吸引力和教育意义。虚拟交互技术的应用，为沉浸式体验提供了新的可能性。

关键词：

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刚毛翼拍合过程中复合运动对升力的影响

兵器装备工程学报 2024年第2期45卷 174-182页

作者：赵磊张树海袁俊杰张忠海周林何广平北方工业大学北京100144 北京航天测控技术有限公司北京100041

为揭示拍合过程中拍动和俯仰运动重叠对刚毛翼升力的影响,基于重叠网格方法建立了刚毛翼的计算流体动力学模型,分析了刚毛翼悬飞时的黏性效应,在此基础上研究了拍动-俯仰重叠率对刚毛翼升力系数的影响规律及机制。研究结果表明:随着基... 详细信息

为揭示拍合过程中拍动和俯仰运动重叠对刚毛翼升力的影响,基于重叠网格方法建立了刚毛翼的计算流体动力学模型,分析了刚毛翼悬飞时的黏性效应,在此基础上研究了拍动-俯仰重叠率对刚毛翼升力系数的影响规律及机制。研究结果表明:随着基于弦长的雷诺数由10逐渐增加至80,刚毛间隙泄漏明显增强,刚毛翼内外侧压差和刚毛间隙泄漏率与雷诺数之比不断减小,导致压力和剪切力对升力系数的贡献不断减小,升力系数不断降低;通过采用较高的拍动-俯仰重叠率,可使拍合过程中的流体泄漏方向与刚毛运动方向相反,在合拢阶段形成明显的竖直向上剪切力合力,而在打开阶段形成明显的竖直向上压差,从而将合拢和打开阶段的负升力峰值转变为正升力峰值,有效提高刚毛翼的平均升力系数。

关键词：刚毛翼拍合重叠网格升力雷诺数拍动-俯仰重叠率

蛇形空间机械臂单个2-DOF关节的运动学标定

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机床与液压 2024年第3期52卷 1-9页

作者：宋国庆赵成浩袁俊杰张忠海何广平北方工业大学机械与材料工程学院北京100144 北京航天测控技术有限公司北京100041

绳索驱动的分段式蛇形空间机械臂通常具有相同结构的模块化关节,能够在狭小空间中灵巧操作,其精度是制约机器人发展的主要因素。为了提高蛇形空间机械臂的位置精度,指导蛇形空间机械臂的精度设计,以单个2-DOF关节为对象,提出一种正则化... 详细信息

绳索驱动的分段式蛇形空间机械臂通常具有相同结构的模块化关节,能够在狭小空间中灵巧操作,其精度是制约机器人发展的主要因素。为了提高蛇形空间机械臂的位置精度,指导蛇形空间机械臂的精度设计,以单个2-DOF关节为对象,提出一种正则化的运动学标定方法。首先,对具有多重映射关系的2-DOF关节的运动学进行分析,通过矩阵全微分理论建立包含所有几何误差参数的误差模型。然后,对2-DOF关节各部件的所有误差源进行灵敏度分析,依据3σ原则和理想的位置精度设计指标指导各部件的公差设计。最后,考虑所有的制造和装配误差,采用正则化方法对2-DOF关节进行误差辨识,用于补偿控制器中的名义运动学模型。结果表明,经过修正后的运动学模型的位置精度提高了50%,验证了运动学标定的有效性。

关键词：运动学误差分析灵敏度分析运动学标定精度设计

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离子交换树脂悬浊液的介电弛豫谱研究

物理化学学报 2004年第2期20卷 158-163页

作者：陈震赵孔双何广平陈炳稔华南师范大学化学系广州510631 北京师范大学化学系北京100875

研究了D354阴离子交换树脂分散在不同浓度KCl溶液中的悬浊液的频率域介电谱,发现在测量频率为106～107Hz处出现了显著的介电弛豫现象,得出了介电常数、电导率以及弛豫时间随KCl溶液浓度的特异的变化关系,理论分析表明,该弛豫是一个以界... 详细信息

研究了D354阴离子交换树脂分散在不同浓度KCl溶液中的悬浊液的频率域介电谱,发现在测量频率为106～107Hz处出现了显著的介电弛豫现象,得出了介电常数、电导率以及弛豫时间随KCl溶液浓度的特异的变化关系,理论分析表明,该弛豫是一个以界面极化为主的非单一极化机制的弛豫过程,进而利用Maxwell-Wagner界面极化理论和双电层性质解释了该体系的特异介电行为,得到了树脂悬浊液在外加交变电场下的离子迁移和聚集信息,并确定了该树脂在静态平衡下双电层中对离子的相对离子强度.

关键词：离子交换树脂悬浊液介电弛豫谱界面极化双电层电导率粒子分散系

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欠驱动冗余度空间机器人优化控制

控制理论与应用 2004年第2期21卷 305-310页

作者：何广平陆震王凤翔北方工业大学机电工程学院北京100041 北京航空航天大学自动化学院北京100083

欠驱动控制是空间技术中容错技术的重要方面.本文研究了被动关节中有制动器的欠驱动冗余度空间机器人系统的运动优化控制问题.从系统动力学方程出发,分析了欠驱动冗余度空间机器人的优化能力和控制方法;给出了主、被动关节间的耦合度指... 详细信息

欠驱动控制是空间技术中容错技术的重要方面.本文研究了被动关节中有制动器的欠驱动冗余度空间机器人系统的运动优化控制问题.从系统动力学方程出发,分析了欠驱动冗余度空间机器人的优化能力和控制方法;给出了主、被动关节间的耦合度指标;提出了欠驱动冗余度空间机器人系统的“虚拟模型引导控制”方法,在这种方法中采用与欠驱动机器人机构等价的全驱动机器人作为模型来规划机器人的运动,使欠驱动系统在关节空间中逼近给出的规划轨迹,实现了机器人末端运动的连续轨迹运动优化控制;通过末关节为被动关节的平面三连杆机器人进行了仿真,仿真的结果证明了提出算法的有效性.

关键词：欠驱动冗余度机器人变结构控制优化

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弹性欠驱动四指灵巧手设计与试验

机械工程学报 2014年第15期50卷 53-59页

作者：刘菲何广平陆震北方工业大学机电工程学院北京100144 北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191

全驱动灵巧手需要较多独立驱动单元,控制系统复杂,导致体积和重量过大,费用昂贵,在实际应用中有极大局限性。欠驱动灵巧手具有驱动单元少、控制简单等特点。在保证具有一定运动灵巧性的前提下,欠驱动灵巧手能极大降低灵巧手本体及控制... 详细信息

全驱动灵巧手需要较多独立驱动单元,控制系统复杂,导致体积和重量过大,费用昂贵,在实际应用中有极大局限性。欠驱动灵巧手具有驱动单元少、控制简单等特点。在保证具有一定运动灵巧性的前提下,欠驱动灵巧手能极大降低灵巧手本体及控制系统的复杂度和制造维护成本,体现出更高的实际应用价值。由此提出一种新颖的仿人单腱弹性欠驱动四指灵巧手的设计方案。同时,完成四指灵巧手本体结构设计,及分析获得关节弹簧刚度的选取方法。对影响关节驱动转矩的滑轮单元进行几何参数的优化分析,得到手指传动机构的较优设计方案。通过多指手样机对不同形状、大小物体的抓握试验,证明本欠驱动四指灵巧手具有抓取自适应能力和较强抓取能力。

关键词：欠驱动腱多指手

欠驱动机器人动力学运动规划的动态子空间法及控制

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机械工程学报 2004年第8期40卷 145-149页

作者：何广平陆震王凤翔北方工业大学机电工程学院北京100041 北京航空航天大学自动化学院北京100083

欠驱动机器人的关节空间运动是通过主、被动关节间的动力学耦合实现的,系统运动可能发生动力学耦合奇异,使欠驱动机器人的动态操作性能严重降低。针对一般具有任意多个被动关节的开链欠驱动机器人系统,基于动力学分析提出一种优化控制方... 详细信息

欠驱动机器人的关节空间运动是通过主、被动关节间的动力学耦合实现的,系统运动可能发生动力学耦合奇异,使欠驱动机器人的动态操作性能严重降低。针对一般具有任意多个被动关节的开链欠驱动机器人系统,基于动力学分析提出一种优化控制方法,其核心是在欠驱动机器人的全部耦合运动空间中,根据动力学耦合操作性度量,动态构造有限个覆盖全部耦合运动空间的具有最佳耦合度的子空间,使发生在这些子空间中的耦合运动具有余度驱动的特点,从而实现提高欠驱动机器人的动力学耦合度的优化控制。提出的方法通过平面四连杆机器人进行仿真,仿真结果证明了这种方法是可行的。

关键词：欠驱动机器人动力学耦合运动规划优化控制

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欠驱动冗余度机器人运动优化控制

宇航学报 2002年第5期23卷 16-20页

作者：何广平陆震王凤翔北方工业大学北京100041 北京航空航天大学北京100083

研究了具有多个被动关节的欠驱动冗余机器人的运动优化控制问题。基于滑模变结构控制方法 ,首先实现了被动关节位置控制 ;进一步利用“虚拟模型引导控制”方法实现了欠驱动冗余度机器人的连续轨迹运动优化控制 ;通过平面三连杆机器人臂... 详细信息

研究了具有多个被动关节的欠驱动冗余机器人的运动优化控制问题。基于滑模变结构控制方法 ,首先实现了被动关节位置控制 ;进一步利用“虚拟模型引导控制”方法实现了欠驱动冗余度机器人的连续轨迹运动优化控制 ;通过平面三连杆机器人臂进行了避障运动仿真。

关键词：欠驱动冗余度机器人优化控制运动控制