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下肢康复外骨骼的步态交互设计研究进展

机械工程学报 2023年第17期59卷 175-188页

作者：高一聪王彦坤郑浩魏喆谭建荣浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室杭州310027 浙江大学设计工程及数字孪生浙江省工程研究中心杭州310027 北京航空航天大学杭州创新研究院杭州310000 沈阳工业大学机械工程学院沈阳110870

中国正向深度老龄化社会高速迈进,脑卒中等老年性疾病人群逐年增多,开展面向助老适老的智能产品研究具有广阔的应用前景与重要的学术价值。下肢康复外骨骼是一种与穿戴者肢体交互并为其提供相应运动辅助和训练的人机交互共融智能产品。... 详细信息

中国正向深度老龄化社会高速迈进,脑卒中等老年性疾病人群逐年增多,开展面向助老适老的智能产品研究具有广阔的应用前景与重要的学术价值。下肢康复外骨骼是一种与穿戴者肢体交互并为其提供相应运动辅助和训练的人机交互共融智能产品。利用下肢康复外骨骼进行科学有效的康复运动训练,患者的肌力得以增强,脑神经和患肢之间的传递通路得以重建。根据穿戴者的下肢运动功能缺失或减弱程度生成并调整步态以进行安全有效的康复训练,是目前下肢康复外骨骼的研究前沿与热点。针对下肢运动功能障碍导致的行走方式差异化和康复步态规划个性化问题,结合国内外下肢康复外骨骼步态交互设计的研究进展,围绕下肢康复外骨骼步态性能评价标准、步态生成方法、步态控制策略和典型康复应用进行了重点分析探讨。最后总结并对下肢康复外骨骼的步态交互设计未来发展方向进行了展望,为相关研究人员提供参考。

关键词：交互设计康复步态设计下肢康复外骨骼智能产品

4D打印功能构件的热致变形模式分析与变形设计研究

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机械工程学报 2023年第3期59卷 189-199页

作者：高一聪曾思远许君君郑浩谭建荣浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室杭州310027 清华大学制造工程研究所北京100084 北京航空航天大学杭州创新研究院杭州310000

4D打印通过材料和结构的设计将非线性的控制逻辑打印在材料中,制备可以在温度、磁场、紫外线等激励下发生几何结构、功能、性能等可控转变的功能构件。以双层结构的功能构件为研究对象,通过对温度激励下功能构件基体相和增强相的热膨胀... 详细信息

4D打印通过材料和结构的设计将非线性的控制逻辑打印在材料中,制备可以在温度、磁场、紫外线等激励下发生几何结构、功能、性能等可控转变的功能构件。以双层结构的功能构件为研究对象,通过对温度激励下功能构件基体相和增强相的热膨胀进行分析,研究了4D打印功能构件的热致变形机理,得到了基于形状记忆聚合物纤维排布的功能构件变形模式。在此基础上,分析了功能构件的3D打印工艺参数影响,建立了功能构件热致变形的近似解析模型。采用偏最小二乘法拟合了弯曲和螺旋变形的功能构件热致变形等效模型,通过4D打印的功能构件试件的变形特征与模型计算对比,验证了所拟合的等效模型的正确性。最后,设计并4D打印制备了自变形盒型功能构件和自组装螺旋连接功能构件,验证了功能构件形状、功能和特性的设计和可控编辑,对设计4D打印的功能构件具有指导意义。

关键词：功能构件可控变形正向设计 4D打印

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一类制造资源的协同建模、优化与求解技术

计算机集成制造系统 2012年第7期18卷 1387-1395页

作者：郑浩冯毅雄谭建荣高一聪浙江大学流体传动及控制国家重点实验室浙江杭州310027

为实现云制造环境下制造资源的全面共享、发现和匹配,提供给用户理想优质的云制造服务,在虚拟资源池构建阶段引入资源建模与聚类技术,提出一种适宜云制造模式的虚拟资源的建模与优化组合方法。采用基于可扩展标记语言数据与Web本体描述... 详细信息

为实现云制造环境下制造资源的全面共享、发现和匹配,提供给用户理想优质的云制造服务,在虚拟资源池构建阶段引入资源建模与聚类技术,提出一种适宜云制造模式的虚拟资源的建模与优化组合方法。采用基于可扩展标记语言数据与Web本体描述语言语义的双层模型,对云池的虚拟资源协同进行建模;建立基于服务成本、服务效率、服务质量和信誉度的多目标优化数学模型,采用协同多目标粒子群算法求解该优化问题,获得最优的虚拟制造单元。以生产实践中开发的原型系统为例,验证了所提方法能够有效提高云池虚拟资源的共享、发现和匹配性能,也验证了其在工程应用中的正确性。

关键词：云制造虚拟资源池虚拟单元粒子群优化算法建模

基于性能演化的复杂产品概念设计求解过程研究

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机械工程学报 2018年第9期54卷 214-223页

作者：郑浩冯毅雄高一聪谭建荣浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室

性能约束满足是复杂产品设计的关键因素。传统概念设计求解的研究着重于功构映射及其推理实现,忽略了性能在求解过程中的演化规律,导致性能在设计过程中存在上下文孤立以及无法溯源等问题。为了解决这一问题,提出了基于性能演化的概念... 详细信息

性能约束满足是复杂产品设计的关键因素。传统概念设计求解的研究着重于功构映射及其推理实现,忽略了性能在求解过程中的演化规律,导致性能在设计过程中存在上下文孤立以及无法溯源等问题。为了解决这一问题,提出了基于性能演化的概念设计求解过程模型与实现方法。通过分析概念设计过程中的性能特性,构建集成期望性能、行为性能和结构性能的规范化性能演化模型。以此为基础对模型进行解析计算,主要包括面向期望性能辨识的重要度分析、面向行为性能均衡的单元规划求解以及面向结构性能适配的方案生成,同时建立了性能演化驱动的产品概念设计过程,以支持性能认知、性能优化以及性能计算的设计求解实现。最后以某型号液压机概念设计过程为例验证本方法的可行性与有效性。

关键词：概念设计性能演化解析计算

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面向视觉伺服的工业机器人轮廓曲线角点识别

浙江大学学报（工学版） 2020年第8期54卷 1449-1456页

作者：冯毅雄李康杰高一聪郑浩浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室浙江杭州310027 北京航空航天大学杭州创新研究院浙江杭州310000

为了解决工业机器人视觉伺服中轮廓曲线角点识别效率低进而影响实时定位准确性的问题,提出面向视觉伺服的工业机器人轮廓曲线角点识别算法.建立基于Freeman链码的机械爪轮廓曲线编码模型,利用差别码对机械爪轮廓曲线的角度变化特征进行... 详细信息

为了解决工业机器人视觉伺服中轮廓曲线角点识别效率低进而影响实时定位准确性的问题,提出面向视觉伺服的工业机器人轮廓曲线角点识别算法.建立基于Freeman链码的机械爪轮廓曲线编码模型,利用差别码对机械爪轮廓曲线的角度变化特征进行统一编码建模.通过基于差别码和卷积系数的卷积运算,对差别码进行局部非线性加权,计算机械爪轮廓曲线上各点的曲度精确量化辨识机械爪角点.基于候选角点阈值、点的最远领域间隔和局部范围最多点数进行获选角点的初步选取.采用平面轮廓曲线毛刺过滤筛选误识角点,实现机械爪角点的精确识别,为视觉伺服中实时定位提供可靠的位置信息.通过与已有平面轮廓曲线角点识别算法对比,验证本研究所提方法的准确性和高效性,提取角点过程具有较强的鲁棒性.

关键词：工业机器人视觉伺服机械爪角点识别平面轮廓曲线

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柔性作业车间分批调度多目标优化方法

浙江大学学报（工学版） 2011年第4期45卷 719-726,764页

作者：王云冯毅雄谭建荣高一聪浙江大学流体传动及控制国家重点实验室浙江杭州310027

为了解决柔性作业车间中小批量工件的分批调度多目标优化问题,构建以制造工期、拖期惩罚、加工成本、批次数量和机器总负荷为目标函数的柔性作业车间多目标调度模型.应用改进的强度Pareto进化算法(SPEA)求解.在该算法中,应用模糊c-均值... 详细信息

为了解决柔性作业车间中小批量工件的分批调度多目标优化问题,构建以制造工期、拖期惩罚、加工成本、批次数量和机器总负荷为目标函数的柔性作业车间多目标调度模型.应用改进的强度Pareto进化算法(SPEA)求解.在该算法中,应用模糊c-均值聚类(FCM)加快外部种群的聚类过程,引入自适应的变异算子来增强解的多样性.采用约束Pareto支配和可变长度的编码策略,一次运行就能够求得Pareto最优解集.利用模糊集合理论得到Pareto解的优先选择序列,并从中选出一个最优解.该方法将工件分割成具有柔性数量的多个批次,使各批次的工艺路线选取及加工顺序得到优化.通过实例仿真对该方法的性能进行比较分析.将该方法应用于某机械公司车间调度中,验证了该方法的有效性和适应性.

关键词：柔性作业车间调度多目标优化分批调度强度Pareto进化算法(SPEA)

基于回弹控制的高强度薄板拉深成形参数优化设计

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计算机集成制造系统 2016年第3期22卷 650-657页

作者：莫文佳冯毅雄王玉山高一聪浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室浙江杭州310027 合肥合锻机床股份有限公司安徽合肥230001

为提高高强度薄板拉深成形中板料的成形精度和表面质量,使板料能够与其他零件装配,分析了拉深成形工艺中板料回弹的形成机理,建立了薄板拉深成形板料回弹数学模型。通过板料的平均弯矩度量板料回弹量,构建了板料回弹控制准则,提出了基... 详细信息

为提高高强度薄板拉深成形中板料的成形精度和表面质量,使板料能够与其他零件装配,分析了拉深成形工艺中板料回弹的形成机理,建立了薄板拉深成形板料回弹数学模型。通过板料的平均弯矩度量板料回弹量,构建了板料回弹控制准则,提出了基于回弹控制的高强度薄板拉深变压边力优化设计方法。通过基于回弹控制的高强度薄板拉深变压边力优化设计流程,获得满足起皱控制准则、破裂控制准则和回弹控制准则的高强度薄板拉深优化后的变压边力轨迹。以某贮箱箱底的拉深成形为例,验证了所提方法的正确性和有效性。

关键词：优化设计变压边力回弹控制拉深成形

集成AD和TRIZ的箱式电梯防疫功能创新设计

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工程设计学报 2021年第3期28卷 305-311页

作者：张璞王峻峰高一聪张雪健华中科技大学机械科学与工程学院湖北武汉430074 浙江大学机械工程学院浙江杭州310000 杭州西奥电梯有限公司浙江杭州310000

箱式电梯狭小空间内人员之间大量的间接接触给2019冠状病毒病的传播带来了隐患,如何抑制病毒在电梯中生存和传播成为亟待解决的问题。为此,通过分析公理化设计(axiomatic design,AD)和发明问题解决理论(Teoriya Resheniya Izobreatatels... 详细信息

箱式电梯狭小空间内人员之间大量的间接接触给2019冠状病毒病的传播带来了隐患,如何抑制病毒在电梯中生存和传播成为亟待解决的问题。为此,通过分析公理化设计(axiomatic design,AD)和发明问题解决理论(Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch,TRIZ)这2种创新设计方法的优缺点,面向突破性设计、适应性设计和变参数设计等不同的设计类型,提出了集成AD和TRIZ的创新设计方法。首先,对产品的功能需求进行分析,以确定其归属的设计类型,并利用AD理论对功能需求进行分解,采用TRIZ构建功能-结构树。然后,对初步确定的设计方案进行耦合判断,并利用TRIZ进行解耦,经多次迭代求解后得到最终的设计方案。以传统箱式电梯的公共交互控制面板和密闭运载轿厢为研究对象,面向阻止病毒传播和消杀病毒的功能需求,采用集成AD和TRIZ的创新设计方法对箱式电梯的防疫功能模块进行设计,最终为传统箱式电梯设计了非接触式交互控制模块和分条件消毒灭菌模块。创新设计实例在从传统的机械结构设计拓展到新型的人机交互模式设计方面做了有益的尝试,验证了集成AD和TRIZ的创新设计方法的可行性。研究结果可为产品新功能模块的概念创新设计提供有效的理论支撑。

关键词：箱式电梯防疫功能模块 AD理论 TRIZ 创新设计

面向多学科设计的多域递归制造服务资源组建方法

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计算机集成制造系统 2012年第7期18卷 1406-1414页

作者：高一聪冯毅雄谭建荣郑浩魏喆浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室浙江杭州310027 三一重型装备有限公司辽宁沈阳110027

针对云制造模式下云制造设计服务、云制造加工服务数量庞大,缺少高效的云制造虚拟服务资源组建管理方法,导致云制造虚拟服务资源缺乏有效管理和控制的问题,在综合考虑云制造虚拟服务资源特点的基础上,提出基于多域的云制造服务资源建模... 详细信息

针对云制造模式下云制造设计服务、云制造加工服务数量庞大,缺少高效的云制造虚拟服务资源组建管理方法,导致云制造虚拟服务资源缺乏有效管理和控制的问题,在综合考虑云制造虚拟服务资源特点的基础上,提出基于多域的云制造服务资源建模方法。通过云制造服务资源—行为—特征多域模型,建立基于多域递归的云制造虚拟服务资源组建方法,给出了相应的云制造虚拟服务资源谱库架构,为制造云中的终端用户提供了高效率、低成本和可重用的虚拟服务资源组建技术。实验结果分析表明,该方法能够有效提高云制造模式下满足云制造资源需求的虚拟服务资源组建效率性能,并验证了其在工程应用中的正确性与高效性。

关键词：多学科设计云制造虚拟服务资源组建多域递归谱库