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自适应柔顺欠驱动夹持器设计及其控制研究

自适应柔顺欠驱动夹持器设计及其控制研究

作者：黄铭贤佛山科学技术学院

学位级别：硕士

抓取是一种典型的机器人末端操作形式,在分拣装配、农业采摘、灾难救援、微纳操作等领域具有广泛应用,如何对多规格、不确定的操作对象实现稳定、安全的抓取操作是机器人技术中的关键难题之一。夹持器主要用于目标物体的夹持、搬运、放... 详细信息

抓取是一种典型的机器人末端操作形式,在分拣装配、农业采摘、灾难救援、微纳操作等领域具有广泛应用,如何对多规格、不确定的操作对象实现稳定、安全的抓取操作是机器人技术中的关键难题之一。夹持器主要用于目标物体的夹持、搬运、放置,是机器人抓取操作执行机构的主要实现形式。从机构学的角度,驱动单元数少于自由度数量的欠驱动机构具有良好的形状自适应性;而柔顺机构具有免装配、无摩擦磨损、高精度等优点,已成为精密工程、仿生机器人等领域末端执行机构的主要实现形式。从控制的角度,通过合理设计主动控制算法,可以进一步提高机器人抓取机构在非结构环境中的交互安全性与操作可靠性。本文正是在该背景下,对自适应柔顺欠驱动夹持器的设计与控制进行研究:(1)通过将刚性欠驱动夹持器与柔顺机构、柔性材料相结合,设计了一种新型的多模式柔顺欠驱动夹持器,提升机器人抓取操作末端执行机构的自适应性与通用性。该夹持器具有两种夹持模式,分别为两点夹持与包络夹持。基于伪刚体模型法,对不同的工作模式进行了静力学分析,以建立了输出夹持力与输入载荷之间的解析关系,对于包络夹持模式,通过设计了一种算法以确定静平衡位置。进而,基于梯度下降法,构造结构参数的多目标优化模型,以最大化多模式夹持力。通过动态仿真软件与有限元分析分别对两夹持模式、夹持力的建模、以及优化算法的有效性进行仿真验证。(2)设计了一种具有自动切换跟踪模式能力的自适应阻抗控制算法,用于控制所设计的新型柔顺欠驱动夹持器,以实现针对不确定的抓取对象自适应调节多模式操作下的力位参数。通过利用所设计的力传感系统,同时实现夹持力检测与感知夹持力模式,为控制策略提供反馈信号。通过推导柔顺夹持器的运动学模型,以建立夹持进给量与目标电机转子位置的关系。基于递归最小二乘法与线性二次调节器,设计出了一种基于最优控制的阻抗控制算法,该算法能够根据评估获得的物体刚度,自适应分配轨迹跟踪与夹持力跟踪的权重。然后,设计出了相应的夹持控制策略及对其进行鲁棒设计,并进行了仿真验证。(3)对所设计的新型柔顺欠驱动夹持器及优化自适应阻抗控制算法进行实验验证。对于机构设计方面,通过设计相应的夹持器样机与搭建了力测量平台,验证夹持力建模与优化算法的有效性,并通过执行各种抓取实验进一步的验证了夹持器各种工作模式的有效性、夹持的稳定性与具有保护易损物体的能力。对于夹持器控制方面,通过搭建了夹持控制实验系统,并开展多种的夹持控制实验,以验证了控制算法的优点与在两夹持模式下进行自适应夹持的有效性。

关键词：柔顺机构欠驱动机构夹持器阻抗控制自适应

基于图像融合的变电站设备运行状态监测与故障定位

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基于图像融合的变电站设备运行状态监测与故障定位

作者：黄铭贤佛山科学技术学院

学位级别：硕士

平面阻尼型欠驱动夹持器的多模式参数优化设计

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工程设计学报 2018年第6期25卷 690-696页

作者：卢清华黄铭贤陈为林佛山科学技术学院机电工程学院广东佛山528000

欠驱动夹持器具有良好的自适应特性,广泛应用于机器人领域。针对欠驱动夹持器工作模式较多而导致参数优化困难的问题,以典型的平面阻尼型欠驱动夹持器为研究对象,提出一种夹持器多模式参数优化设计方法。所研究的夹持器有2种工作模式,... 详细信息

欠驱动夹持器具有良好的自适应特性,广泛应用于机器人领域。针对欠驱动夹持器工作模式较多而导致参数优化困难的问题,以典型的平面阻尼型欠驱动夹持器为研究对象,提出一种夹持器多模式参数优化设计方法。所研究的夹持器有2种工作模式,分别为两点夹持与包络夹持。首先,对夹持器各工作模式进行静力学分析,建立输出夹持力与输入扭矩的解析关系,并引入外部约束法解决包络夹持静平衡位置较难确定的问题;然后,对各工作模式进行夹持力优化,以获得最优结构参数,并分析优化方向的共性;最后,通过ADAMS仿真验证了优化结果的正确性。结果表明:2种工作模式的优化方向相同且优化效果明显。本研究为多工作模式欠驱动夹持器的优化设计提供了参考方法。

关键词：欠驱动夹持器多模式优化设计

多模式刚柔结合欠驱动抓取机构的设计、分析与实验测试

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机器人 2022年第2期44卷 139-152页

作者：陈为林冯梓泓卢清华黄铭贤张普翔张清华佛山科学技术学院机电工程与自动化学院广东佛山528225 佛山市科文自动化设备有限公司广东佛山528000 佛山市国星光电股份有限公司RGB研发部广东佛山528000

结合刚性欠驱动抓取机构与柔顺机构,提出一种多模式刚柔结合欠驱动抓取机构,并对所提出的机构进行分析与实验研究。基于刚体替代法,设计了二指多模式欠驱动抓取机构的刚柔结合方案。运用正运动学分析与载荷平衡方程,对驱动单元进行静力... 详细信息

结合刚性欠驱动抓取机构与柔顺机构,提出一种多模式刚柔结合欠驱动抓取机构,并对所提出的机构进行分析与实验研究。基于刚体替代法,设计了二指多模式欠驱动抓取机构的刚柔结合方案。运用正运动学分析与载荷平衡方程,对驱动单元进行静力学建模。结合伪刚体模型法、载荷平衡方程与操作对象平衡位置枚举搜索,建立两点抓取与包络抓取模式下抓取力与驱动力矩的关系式。将驱动单元静力学建模与抓取单元静力学建模相结合,可以得到完整的多模式抓取力模型。进一步地,考虑由于接触引起的柔性杆件变形,结合线性插值,对抓取力模型进行修正。基于修正后的抓取力模型,对机构尺寸参数进行优化设计,综合提升机构在两点抓取模式和包络抓取模式下的载荷输出性能。RecurDyn仿真结果显示,在两点抓取模式和包络抓取模式下,修正后完整的抓取力模型与仿真值的最大相对误差为7.62%,并且所提出的优化算法有效提升了机构的两点抓取力与综合包络抓取力。实验结果显示,优化后的抓取机构抓取力有较大的提升,修正后完整的抓取力模型与实验值的最大相对误差为1.87%,验证了抓取力建模、优化设计的有效性。

关键词：刚柔结合欠驱动抓取机构柔顺机构

基于PLC及工业机器人的散热风扇风轮组装设备控制系统设计

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科技创新与应用 2024年第34期14卷 124-127页

作者：黄铭贤谢伟平广东敏卓机电股份有限公司广东佛山528300

该文的控制对象为散热风扇风轮组装设备,其中风扇底座由链条运输,风轮由2台SCARA机器人配合装配,压合动作由伺服驱动完成。该文首先对设备进行动作分析与工位划分,根据需求进行硬件选型与硬件系统设计。然后,通过PLC与机器人编程完成对... 详细信息

该文的控制对象为散热风扇风轮组装设备,其中风扇底座由链条运输,风轮由2台SCARA机器人配合装配,压合动作由伺服驱动完成。该文首先对设备进行动作分析与工位划分,根据需求进行硬件选型与硬件系统设计。然后,通过PLC与机器人编程完成对各工位的动作逻辑控制与抓取位置求解,其中设备的动作逻辑主要为链条将风扇底座运输至指定工位后触发风轮组装和压合动作,机器人动作由PLC通过I/O信号触发,大机器人抓取坐标通过设计修正算法由PLC计算,小机器人装配位置由视觉系统定位,风轮压合过程中通过传感器采集压力值以识别不良品。最后,各工位通过交互信号完成所设定的动作。经验证,该控制系统能实现对散热风扇风轮组装设备的自动化控制。

关键词： PLC SCARA机器人机器视觉伺服驱动装配设备

城市更新背景下拆除重建和综合整治城中村改造实施效果评价与比较分析——基于村民和租户的视角

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自然资源学报 2025年第1期 211-230页

作者：赖亚妮郑耀贤深圳大学土木与交通工程学院

构建基于实际—期望差距理论和社会满意度理论的城中村改造居民满意度评价体系，运用结构方程模型对深圳市18个城中村进行实证分析，探究村民和租户对城中村综合整治及拆除重建的满意度影响机制。结果表明：（1）村民对拆除重建的满意... 详细信息

构建基于实际—期望差距理论和社会满意度理论的城中村改造居民满意度评价体系，运用结构方程模型对深圳市18个城中村进行实证分析，探究村民和租户对城中村综合整治及拆除重建的满意度影响机制。结果表明：（1）村民对拆除重建的满意度高于综合整治，主要影响因素为经济补偿与参与权利；（2）租户对综合整治的满意度高于村民，引起差异的影响因素有参与权利、住房邻里环境；（3）物业统租模式对于租户满意度的提升作用更明显，村民则可能更青睐于非物业统租模式，主要影响因素包括居住环境、收支变化、参与权利等。基于此提出优化建议：（1）借鉴拆除重建政策，建立健全综合整治维护居民权利的政策及标准，充分考虑村民和租户在城中村改造过程机制中的权利落实，做到期前改造科普宣传工作规范化，期后建立改造意见反馈机制；（2）全面评估城中村现状，因地制宜探索合适的改造模式，鼓励“订单式”和“菜单式”改造并行开发；（3）政府应发挥政策统筹优势，积极与租赁市场联动，解决低成本居住空间缺失问题，形成长效稳定的改造联动住房供应体系。

关键词：城中村改造居民满意度综合整治拆除重建结构方程模型

人工智能文生视频大模型Sora对科技伦理的冲击及应对

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新疆师范大学学报（哲学社会科学版） 2025年第1期46卷 142-148页

作者：曹贤平南昌工程学院马克思主义学院江西南昌330099

Sora的推出是人类社会发展和人工智能进步的标志性事件,凸显出生成式人工智能的强大功能。Sora的爆火离不开规模化数据、先进算法和规模化算力,其内在运行机制紧扣文本输入、文本编码、视频生成和视频输出的基本逻辑,在人类社会具有广... 详细信息

Sora的推出是人类社会发展和人工智能进步的标志性事件,凸显出生成式人工智能的强大功能。Sora的爆火离不开规模化数据、先进算法和规模化算力,其内在运行机制紧扣文本输入、文本编码、视频生成和视频输出的基本逻辑,在人类社会具有广阔应用前景。但Sora在技术更迭和运用过程中可能给科技伦理带来诸如冲击人的主体性地位、导致人们认知的混乱性、冲击伦理规则的适用性、冲击数字隐私伦理并造成数字歧视等风险。因此,要坚持以人为本,运用技术手段增强Sora的数据筛选力度和敏捷治理效度,防止数据泄露和侵犯隐私,进行伦理设计实现科技伦理与时俱进,辅之必要的教育培训,以此提升全民运用人工智能技术的能力。

关键词： Sora 生成式人工智能科技伦理

基于NPP-VIIRS夜间灯光的洪涝灾害风险评估及应对策略

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灾害学 2025年

作者：陈轶游晶贤李媛雷勇孟瑶南京工业大学建筑学院

气候变化和城镇化导致城市洪涝灾害频发，严重威胁居民的生命和财产安全。该文以2020年7月南京市洪涝灾害为例，利用NPP-VIIRS夜间灯光数据，构建了夜间灯光总强度、干扰率及恢复率指数，并结合多源数据，探讨了洪涝风险和应对能力的空... 详细信息

气候变化和城镇化导致城市洪涝灾害频发，严重威胁居民的生命和财产安全。该文以2020年7月南京市洪涝灾害为例，利用NPP-VIIRS夜间灯光数据，构建了夜间灯光总强度、干扰率及恢复率指数，并结合多源数据，探讨了洪涝风险和应对能力的空间分布特征。研究结果显示：①南京市洪涝风险和应对能力均表现出明显的空间分异特征；②根据风险和应对能力的不同组合，划分出“高风险-高中应对”“中风险-中应对”“中风险-低应对”和“低风险-低应对”四类优先行动区，并提出差异化应对策略；③夜间灯光数据能有效评估城市洪涝应对能力，进一步拓展了其在灾害评估中的应用范围。

关键词：洪涝灾害夜间灯光风险评估应对能力空间分异

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数字学习者学习力素描：关联主义视角

成人教育 2025年第1期 47-56页

作者：宋佳伦钟志贤江西师范大学教师教育高等研究院

数字学习者是善于在新一代学习环境中有效开展有意义学习的人。从关联主义视角出发，在诠释数字学习者概念内涵的基础上，映射出数字学习者的15种学习力，并进一步借用“素质洋葱模型”,将其细分为5种外显学习力，分别为知识建构和管理... 详细信息

数字学习者是善于在新一代学习环境中有效开展有意义学习的人。从关联主义视角出发，在诠释数字学习者概念内涵的基础上，映射出数字学习者的15种学习力，并进一步借用“素质洋葱模型”,将其细分为5种外显学习力，分别为知识建构和管理、连接力、搜寻力、适应力、信息素养；5种内生学习力，分别为实践力、自我管理、网络创建力、主体性学习、对话与协同力；5种核心学习力，分别为成长心态、知情融合力、承担责任、兼容力、创新力，再加以系统阐释，以期为数字学习者开展有效的学习提供有益的认知和行为范本。

关键词：关联主义数字学习者学习力