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基于改进模糊控制算法的纱管抓取力控制

棉纺织技术 2024年

作者：李杭管声启何建新李想邵伟力西安工程大学中原工学院纺织服装产业研究院

为解决抓纱机械手在抓纱过程中存在的抗干扰能力弱和传统试凑法整定PID控制参数效率低导致难以实现对纱管抓取力精确控制的问题，提出一种基于遗传算法优化的改进模糊PID（GA-Fuzzy）控制算法。首先，分析抓纱机械手抓取力控制系统的特... 详细信息

为解决抓纱机械手在抓纱过程中存在的抗干扰能力弱和传统试凑法整定PID控制参数效率低导致难以实现对纱管抓取力精确控制的问题，提出一种基于遗传算法优化的改进模糊PID（GA-Fuzzy）控制算法。首先，分析抓纱机械手抓取力控制系统的特性，提出遗传算法与模糊PID抓取力控制系统相结合的具体策略，并通过改进的遗传算法去优化模糊PID控制器的量化因子和比例因子，实现对PID控制参数的自适应调整和控制量输出的调整，从而优化系统的动态性能，提高控制响应速度和系统鲁棒性。最后通过MATLAB/Simulink仿真以及试验验证，对多种常见的不同规格型号的纱管进行了抓取测试。结果表明：GA-Fuzzy控制算法可以在0.312 s内达到稳定抓取力，相较于模糊PID控制和传统PID控制分别减少了0.395 s、0.570 s，降低了27.4%、19.2%的超调量，减少了0.007 N、0.023 N的稳态误差，系统的瞬态响应速度、控制精度以及稳定性均有明显提高，并且实测抓取成功率达到100%。

关键词：纱管抓取末端执行器机械臂动力学模型模糊PID控制遗传算法

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多连杆刚柔机械手设计与手指减振分析

西安工程大学学报 2024年第2期38卷 116-123页

作者：管声启郝振虎王静国马腾飞师红宇西安工程大学机电工程学院陕西西安710048 西安工程大学计算机科学学院陕西西安710048

针对陶瓷易碎零件分拣过程中难以稳定抓取的问题,设计了一种能够有效稳定抓取的新型多连杆刚柔机械手。首先,以机械传动为基础,将刚性关节与柔性材料相结合,设计机械手的传动方式与柔顺关节的最优结构,并在三维软件上构建刚柔机械手的... 详细信息

针对陶瓷易碎零件分拣过程中难以稳定抓取的问题,设计了一种能够有效稳定抓取的新型多连杆刚柔机械手。首先,以机械传动为基础,将刚性关节与柔性材料相结合,设计机械手的传动方式与柔顺关节的最优结构,并在三维软件上构建刚柔机械手的整体结构;其次,通过对机械手手指结构进行简化,采用拉格朗日理论和有限元离散方法,构建出具有尖端质量的手指多连杆刚柔耦合动力学模型;最后,求解出机械手手指在运动过程中的动力学方程。在此基础上,通过设计减振方案,对机械手手指结构做出优化和改进。仿真实验结果表明:在外激力为2 N的条件下,改进结构后的刚柔机械手手指其振动的幅度降低8 mm,且恢复稳定的时间缩短了4 s以上,在一定程度上提高了分拣和抓取过程中的抗冲击力,保证了对陶瓷易碎零件抓取过程的稳定性。

关键词：零件分拣结构设计有限元分析刚柔机械手减振实验

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基于残差结构的棉花异性纤维检测算法

纺织学报 2023年第12期44卷 35-42页

作者：师红宇位营杰管声启李怡西安工程大学计算机科学学院陕西西安710048 西安工程大学机电工程学院陕西西安710048

针对棉花中异性纤维检测精度低、异性纤维隐藏或边角位置不易识别等原因导致检测效果不佳的问题,提出一种基于残差结构的棉花异性纤维检测算法。首先,针对异性纤维检测目标,提出一种棉花异性纤维在线检测方案;其次,针对异性纤维颜色、... 详细信息

针对棉花中异性纤维检测精度低、异性纤维隐藏或边角位置不易识别等原因导致检测效果不佳的问题,提出一种基于残差结构的棉花异性纤维检测算法。首先,针对异性纤维检测目标,提出一种棉花异性纤维在线检测方案;其次,针对异性纤维颜色、纹理、位置等特征,构建深浅层混合数据集;在此基础上设计了残差结构的异性纤维检测网络模型算法,解决了现有检测算法精度低、异性纤维隐藏或边角位置的问题;最后,将该算法与传统经典算法对比实验。结果表明:在深浅层混合数据集下,与经典算法对比,该算法具有较高的准确性和实时性,其平均检测准确率达到88.48%,1张图像的检测速度为0.019 s,满足工业现场实时检测需求,为棉花中异性纤维检测提供了一种新方法。

关键词：异性纤维检测棉花注意力机制残差结构深度可分离卷积网络模型

面向纱管抓取的仿生末端执行器手指设计与分析

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毛纺科技 2023年第9期51卷 107-116页

作者：王静国管声启西安工程大学机电工程学院陕西西安710048

针对络筒工序纱管自动化上料时,纱管上料设备未端夹持不稳定、自适应不佳的问题,提出一种新颖的仿人肌腱欠驱动三指手的设计方案。首先,基于人手功能机制,设计手指的腱-轮布局与肌腱路径,构建末端执行器结构模型,并且通过关节弹簧的合... 详细信息

针对络筒工序纱管自动化上料时,纱管上料设备未端夹持不稳定、自适应不佳的问题,提出一种新颖的仿人肌腱欠驱动三指手的设计方案。首先,基于人手功能机制,设计手指的腱-轮布局与肌腱路径,构建末端执行器结构模型,并且通过关节弹簧的合理配置,使手指结构具备被动顺应性;其次,应用接触力学理论建立抓取刚度模型,评估指尖结构对抓取稳定性的影响,进而优选指尖结构参数;在此基础上,定量化分析指尖抓取合力中心点对抓取稳定性的影响,进一步验证手指布局的合理性;最后采用3D打印技术制作实物样机并进行试验。结果表明:指尖抓取细纱管、粗纱管、网球的平均成功率分别达到87.33%、91.67%、90.00%,能够完成包络抓取直径110 mm纱筒的任务,设计的仿生末端执行器能够实现纱管的稳定抓取。

关键词：多尺寸纱管抓取欠驱动弹簧配置稳定抓取

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Jerk曲线连续的改进S型加减速算法研究

组合机床与自动化加工技术 2023年第11期 11-14,19页

作者：王盈余管声启于资江西安工程大学机电工程学院西安710048

高精度的运动平台中,冲击是影响运动平台运动精度以及平稳性的重要因素。针对传统S型加减速算法所存在的Jerk曲线存在突变的问题,提出了一种Jerk曲线光滑的高平稳改进S型加减速算法。首先,以具有高柔性的正弦函数为基础,构造Jerk曲线;其... 详细信息

高精度的运动平台中,冲击是影响运动平台运动精度以及平稳性的重要因素。针对传统S型加减速算法所存在的Jerk曲线存在突变的问题,提出了一种Jerk曲线光滑的高平稳改进S型加减速算法。首先,以具有高柔性的正弦函数为基础,构造Jerk曲线;其次,为了克服嵌入式系统中计算正弦函数困难的问题,应用切夫雪比多项式逼近正弦函数,获得完整的加减速控制算法。在此基础上,进一步推导得出不同条件下各个阶段具体的时间规划;最后,在MATLAB环境中,进行仿真实验。实验结果表明,改进加减速算法的Jerk曲线连续且光滑,可实现不同初始参数下的平稳运行,提高了运动平台的控制精度。

关键词：加减速算法 Jerk曲线连续正弦函数速度规划 S曲线

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手指康复外骨骼机器人的结构优化设计

中国机械工程 2018年第2期29卷 224-229页

作者：王杰管声启夏齐霄西安工程大学机电工程学院西安710048 北京联合大学机器人学院北京100020

为满足手指功能损伤患者康复的需要,设计了一种基于平面连杆机构的手指康复外骨骼机器人。通过分析仿生手指运动的自由度,建立了机器人运动学模型;以主要机械构件和手指关节转动角度为空间向量元素,求解了机器人的工作空间,在此基础上,... 详细信息

为满足手指功能损伤患者康复的需要,设计了一种基于平面连杆机构的手指康复外骨骼机器人。通过分析仿生手指运动的自由度,建立了机器人运动学模型;以主要机械构件和手指关节转动角度为空间向量元素,求解了机器人的工作空间,在此基础上,得到各机械构件的最佳尺寸,从而完成对机械构件的结构优化设计。仿真实验表明,该机器人能带动手指在一定角度范围进行弯曲拉伸运动,可以满足手指损伤患者的康复训练需求。

关键词：康复平面连杆机构运动学工作空间结构优化设计

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基于视觉数据驱动的棉花异性纤维检测

丝绸 2017年第5期54卷 36-42页

作者：师红宇管声启西安工程大学计算机科学学院西安710048 西安工程大学机电工程学院西安710048

为了提高棉花异性纤维检测准确性及快速性,提出一种基于视觉数据驱动的棉花异性纤维检测新方法。首先,对采集棉花异性纤维图像进行小波金字塔多层分解,实现棉花异性纤维图像中各信息的分离;然后使用mean-shift算法平滑图像,消除光照不... 详细信息

为了提高棉花异性纤维检测准确性及快速性,提出一种基于视觉数据驱动的棉花异性纤维检测新方法。首先,对采集棉花异性纤维图像进行小波金字塔多层分解,实现棉花异性纤维图像中各信息的分离;然后使用mean-shift算法平滑图像,消除光照不均的干扰;在此基础上,采用中央-周边操作算子和融合操作构建显著图,从而提高异性纤维的显著度;最后,利用改进的区域生长法获得目标区域。文章采用视觉数据驱动构建的检测模型,结构简单、检测速度快、准确率高。实验结果表明,该检测方法能够有效实现棉花异性纤维的检测,提高检测准确性和快速性,为棉花异性纤维自动检测提供一种新方法。

关键词：异性纤维数据驱动显著图 mean-shift算法改进的区域生长法

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基于MAS的分布式AI学习系统

信息与电脑 2022年第24期34卷 117-120页

作者：张超管声启西安工程大学机电工程学院陕西西安710048

在大多传统的智能家居系统中,各智能终端设备之间相互独立,缺乏数据交互过程,致使每个设备所记录的用户使用数据都是离散型的、毫无利用价值的数据,从而导致家庭中大量的用户数据流失浪费。因此,设计了一种基于多智能体系统(Multi-Agent... 详细信息

在大多传统的智能家居系统中,各智能终端设备之间相互独立,缺乏数据交互过程,致使每个设备所记录的用户使用数据都是离散型的、毫无利用价值的数据,从而导致家庭中大量的用户数据流失浪费。因此,设计了一种基于多智能体系统(Multi-Agent System,MAS)的分布式智能家居控制系统,提出了一个基于多Agent协同的人工智能(Artificial Intelligence,AI)学习模型,使用Apriori算法对家庭环境下采集的用户数据进行行为学习,再利用Linux平台对模型进行仿真实验。实验结果表明,所设计的基于MAS的分布式AI学习系统响应速度快、学习效果较为准确、用户数据利用率高。

关键词：分布式系统多智能体系统(MAS) 人工智能(AI) 智能家居

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多尺寸纱筒柔性落纱机械手设计及其优化

毛纺科技 2021年第1期49卷 71-76页

作者：张凡管声启西安工程大学机电工程学院陕西西安710048

为实现混色纱线拼接过程中多尺寸纱筒的柔性抓取及落纱任务,提出一种仿生学自适应性机械手设计优化方法。首先,分析落纱过程人体手指的抓取姿态,以此建立仿生学机械手多指节结构模型。在此基础上,以多尺寸短向量标准建立三维粒子群模型,... 详细信息

为实现混色纱线拼接过程中多尺寸纱筒的柔性抓取及落纱任务,提出一种仿生学自适应性机械手设计优化方法。首先,分析落纱过程人体手指的抓取姿态,以此建立仿生学机械手多指节结构模型。在此基础上,以多尺寸短向量标准建立三维粒子群模型,以MatLab对机械手结构参数进行抓取优化。最后,在有限元软件中进行虚拟样机装配及动力学仿真对比验证。实验结果表明:设计的新型机械手可平稳实现30~80mm多尺寸柔性自动落纱。

关键词：自动落纱机械手粒子群模型参数优化绳轮驱动柔性抓取