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基于协作机器人的嵌入式三维仿真系统及其焊接应用研究

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基于协作机器人的嵌入式三维仿真系统及其焊接应用研究

作者：耿桦太原科技大学

学位级别：硕士

为响应中国高端装备制造业2025产业规划,提高焊接应用在制造业领域的自动化水平。本文设计一种面向焊接应用的协作机器人嵌入式仿真系统。从仿真系统的自主可控性和经济性角度出发,此设计在保证算法性能要求的前提下,显著提高了协作机... 详细信息

为响应中国高端装备制造业2025产业规划,提高焊接应用在制造业领域的自动化水平。本文设计一种面向焊接应用的协作机器人嵌入式仿真系统。从仿真系统的自主可控性和经济性角度出发,此设计在保证算法性能要求的前提下,显著提高了协作机器人在焊接应用的便捷性和生产效率。首先,系统硬件模块集成了基于ARM架构的嵌入式主控芯片So C、引入三维模型图像渲染标准Open GL ES 3.1+、以及Linux操作系统和三维几何引擎OpenCasCade。可根据芯片手册设计PCB电路板和修改寄存器配置,仿真系统应通过设备树（Device Tree）接口配置基于ARM架构的硬件设备驱动和Linux内核,这个关键步骤搭建了作为软件运行环境的基础硬件平台。紧接着,在根文件系统中通过chroot模式更新第三方依赖库,在此基础上才能验证窗体系统x Fce4能否被随后LCD模块被正确加载,此方法保证了X11窗体属性通过QGLWidget与Aspect＿Window交互。这时,本文构建了一个可以运行三维仿真系统的ARM Linux环境。通过完成上述窗体模块的验证,还需编译基于ARM架构的Qt Open Source和几何引擎OpenCasCade源码。其次,软件模块还需整合上文所提及的图形学库,在ARM架构下将OCCT窗体A spect＿Window映射到Qt Creator中的QGLWidget窗体中,这样就将Qt丰富的窗体操作和OpenCasCade算法紧密的结合在一起,随后即可使用Open GL中Pixel Local Storage和3D渲染算法去验证渲染效果,也可根据需求使用OCCT中的样条曲面和样条曲线模拟焊接轨迹,这为下一步协作机器人焊接轨迹规划奠定了数据基础,极大的方便了焊接机器人的轨迹模拟。随后,该设计需要使用Solid Works或Free CAD建立焊接协作机器人的机械模型,但需要充分利用Free CAD Compound功能校准由Solid Works装配生成的机械臂和加工件STEP模型文件,主要原因是当OpenCasCade和Para Solid设定STEP文件里面的坐标系信息时,会依赖自定义开发标准,生成特定方向的坐标系,虽然依赖的还是右手定则,但其Z轴方向却完全不同,这是非常关键的一点,因为坐标系参数是机械臂后期运动模拟的重要参数。通过DH参数法建立机械臂运动学数学模型,可直观地求解机械臂末端执行器的运动学方程。在此期间,利用三维几何引擎OpenCasCade的功能加载机器人标准STEP模型文件,然后利用Qt QGLWidget对机器人模型和复杂曲线进行查看。最后,算法模块通过仿真实例去验证以Linux Kernel 4.x为基础进行裁剪和编译地硬件驱动程序,这些驱动通过在设备树中添加外设节点,可以动态调整挂载在I2C总线上设备驱动,对比旧版本的Linux Kernel 3.x,将硬件地址和寄存器地址信息保存在独立DTS文件中设计模式极大地简化了硬件驱动和设备信息的耦合度。常用外部设备例如串口、网卡、USB、LCD、UVC等模块,可以通过共享驱动代码去简化内核的配置。以上的模块是保障协作机器人的轨迹规划算法基于ARM架构的先决条件,这样可通过仿真结果检验前期的设计目标,为协作机器人轨迹规划和焊接应用的研究提供可行性方案。

关键词：焊接协作机器人三维几何引擎OpenCasCade ARM设备驱动 ARM嵌入式仿真系统

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一种基于双路径锁相环的展频时钟发生器

微电子学 2024年

作者：朱武耿锦霞孟煦合肥工业大学微电子设计研究所教育部IC设计网上合作研发中心(合肥)

提出了一种双路径锁相环（DP-PLL）结合Hershey-Kiss波形作为调制信号的展频时钟发生器（SSCG）。基于和差调制器（DSM）实现的SSCG中，锁相环的带宽需要在调制线性度和量化噪声抑制之间进行折衷，较低的环路带宽引入了较大的环路滤波... 详细信息

提出了一种双路径锁相环（DP-PLL）结合Hershey-Kiss波形作为调制信号的展频时钟发生器（SSCG）。基于和差调制器（DSM）实现的SSCG中，锁相环的带宽需要在调制线性度和量化噪声抑制之间进行折衷，较低的环路带宽引入了较大的环路滤波器电容，使得难以集成片上。采用双路径锁相环实现的电容倍增技术节省芯片面积，同时，Hershey-Kiss波形作为调制信号获得更高的EMI降低效果。基于SMIC 180nm CMOS工艺下完成电路设计，仿真结果表明，展频时钟发生器工作在750 MHz情况下，实现了0.25%～0.5%展频深度可调节，展频深度开启0.5%的情况下，峰值能量降低最高可达17.52 dB。芯片整体面积为0.51×0.48 mm2，整体功耗为23.5 mW。

关键词：展频时钟发生器双路径锁相环电磁干扰 Hershey-Kiss调制

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碳纤维复合材料高温界面性能研究进展

高分子材料科学与工程 2024年第3期40卷 163-171页

作者：王静李闯耿闻何相明周杰沈阳航空航天大学材料科学与工程学院辽宁沈阳110136

碳纤维复合材料以其强度高、耐腐蚀、质量轻、抗疲劳等优良特性被广泛应用于航空航天及国防军工领域。然而,航空航天用复合材料结构部件在高温、湿热环境中会发生界面损伤和失效。上浆剂是碳纤维复合材料界面相的重要组成部分,研制可以... 详细信息

碳纤维复合材料以其强度高、耐腐蚀、质量轻、抗疲劳等优良特性被广泛应用于航空航天及国防军工领域。然而,航空航天用复合材料结构部件在高温、湿热环境中会发生界面损伤和失效。上浆剂是碳纤维复合材料界面相的重要组成部分,研制可以增强界面强度和耐高温的上浆剂对提高复合材料的热力学性能具有重要意义。文中从碳纤维表面上浆剂的角度出发,重点介绍了碳纤维复合材料界面特性、上浆剂的作用机理以及高温下复合材料界面的破坏机制。最后,针对环氧上浆剂耐热性差的缺点,阐述了碳纤维耐高温涂层改性和纳米粒子改性,重点介绍了聚酰亚胺、聚醚醚酮、生物活性多巴胺及氧化石墨烯、多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)纳米粒子等类型改性上浆剂的研究进展。指出发展环境友好型上浆剂和POSS纳米粒子改性将是下一步工作的重点。

关键词：上浆剂碳纤维复合材料界面性能高温

城市建设用地集约利用对碳排放效率的影响机制与减排策略研究

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城市建设用地集约利用对碳排放效率的影响机制与减排策略研究

作者：耿灿江西财经大学

学位级别：硕士

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组合缓冲约束下的多目标混合流水线节能调度

郑州大学学报(工学版) 2024年

作者：轩华耿祝新李冰郑州大学管理学院

为解决生产阶段间带有无限缓冲和阻塞两种中间缓冲约束的混合流水线节能调度问题,考虑不相关并行机和多时间约束建立数学模型,结合问题特征提出一种改进多目标模因算法以同时最小化最大完工时间和机器总能耗。采用基于不相关机器分配的... 详细信息

为解决生产阶段间带有无限缓冲和阻塞两种中间缓冲约束的混合流水线节能调度问题,考虑不相关并行机和多时间约束建立数学模型,结合问题特征提出一种改进多目标模因算法以同时最小化最大完工时间和机器总能耗。采用基于不相关机器分配的矩阵编码方案,利用基于Tent混沌映射的混合初始化策略生成初始元胞数组,全局优化算子应用基于参数的自适应遗传策略改进的非支配排序遗传算法,局部增强搜索算子应用一种融合自适应选择邻域搜索和多目标模拟退火的搜索策略以提高算法搜索能力。通过24种不同规模问题的算例实验,验证了所提算法求解该问题的有效性和优越性。实验结果表明:改进多目标模因算法在平均运行时间241.26 s内得到的平均IGD值为47.89,平均SP值为857.25,均低于其他3种对比算法。改进多目标模因算法所求解集具有较好的收敛性、多样性和分布性。

关键词：混合流水线改进多目标模因算法混合缓冲约束不相关并行机多目标优化节能调度

基于CHNS数据库构建中国膳食炎症评分及微信小程序开发与可用性评价

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基于CHNS数据库构建中国膳食炎症评分及微信小程序开发与可用性评...

作者：耿兰安徽医科大学

学位级别：硕士

lncRNA-ATB、miR-141-3p、GP73在肝癌TACE抵抗组与非抵抗组中的血清表达变化

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lncRNA-ATB、miR-141-3p、GP73在肝癌TACE抵抗组与非抵抗组中的血...

作者：耿棋新疆医科大学

学位级别：硕士

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基于双核模型的超重核合成机制研究

基于双核模型的超重核合成机制研究

作者：耿畅扬州大学

学位级别：硕士

基于机器视觉的堆叠缸盖智能识别与三维定位抓取技术研究

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基于机器视觉的堆叠缸盖智能识别与三维定位抓取技术研究

作者：耿开国齐鲁工业大学

学位级别：硕士

随着工业自动化的发展和市场应用需求的增加,越来越多的智能机器人运用到工业生产中。然而,目前工业中大多数机器人的智能化程度低,例如在抓取任务中,通常只能实现工件规整且摆放有序的抓取,对于工件特征复杂、无序堆叠等情况时难以实... 详细信息

随着工业自动化的发展和市场应用需求的增加,越来越多的智能机器人运用到工业生产中。然而,目前工业中大多数机器人的智能化程度低,例如在抓取任务中,通常只能实现工件规整且摆放有序的抓取,对于工件特征复杂、无序堆叠等情况时难以实现智能化抓取,而且现有方法在实际工业情景下常因设备配置低等原因,导致系统性能大幅降低。为了实现机器人在设备配置低、工件特征复杂且无序堆叠等情况的智能化抓取,本文结合二维与三维进行位姿计算,进而实现堆叠工件抓取,具体工作如下:一、首先,调研了目前目标检测、姿态估计及抓取技术的国内外相关工作,分析了各阶段工作的难点、常用的解决方法及改进策略。其次,设计了本文堆叠工件抓取流程及方案,通过相机获取场景2D及3D信息,并在工控机上对其进行处理和计算。最后,控制机器臂与末端执行器进行抓取。二、提出了基于YOLOv5的目标检测改进算法,针对工业中硬件配置较低且实时性要求高的问题,采用Shufflenet v2及结合了GSConv的Slim Neck模块改进了网络结构,同时引入了Sim AM注意力机制和SIo U损失函数弥补模型轻量化的精度损失。实验结果表明,本文提出的SSS-YOLOv5相较于原始算法参数量Param减少了57.55%,模型计算量GFLOPs减少了94.30%,同时其m AP值提高了0.61%,检测速度FPS提高了5.15%。三、提出了结合目标检测及深度信息的点云裁剪方法,针对实际作业场景中点云杂乱且数据量大等问题,首先,采用相应滤波进行下采样和去除离群点处理,其次,通过本文提出的点云裁剪方法提取待抓取目标的3D目标框。四、针对实际作业中点云重叠度等因素对其配准过程的影响,首先,采用主成分分析法提高点云重叠度,其次,提出了基于K最近领域思想优化TEASER++配准过程,最后,通过配准结果得到目标位姿。实验结果表明,本文提出的PCA-K-TEASER++点云配准方法相比原算法,精度提高了40.58%,同时速度提高了33.16%。五、搭建了基于机器视觉的机器人抓取平台,首先,进行了系统手眼标定,并将本文提出的算法及控制流程嵌入系统中。其次,进行了系统仿真实验。最后,进行了工件疏散与无序堆叠状态的抓取实验。实验结果表明,在复杂工件疏散状态下抓取成功率为94%,在无序堆叠状态下抓取成功率为86%,能够出色的完成抓取工作。

关键词：机器人抓取目标检测姿态估计深度学习