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Optimization of Center of Gravity Position and Anti-Wave Plate Angle of Amphibious Unmanned Vehicle Based on Orthogonal Experimental Method

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Computer Modeling in Engineering & Sciences 2024年第5期139卷 2027-2041页

作者： deyong shang Xi Zhang Fengqi Liang Chunde Zhai Hang Yang Yanqi Niu School of Mechanical Electronic&Information EngineeringChina University of Mining and Technology(Beijing)Beijing100083China Institute of Intelligent Mining&Robotics China University of Mining and Technology(Beijing)Beijing100083China

When the amphibious vehicle navigates in water,the angle of the anti-wave plate and the position of the center of gravity greatly influence the navigation *** the relevant research on reducing the navigation resistance of amphibious vehicles by adjusting the angle of the anti-wave plate,there is a lack of scientific selection of parameters and reasonable research of simulation results by using mathematical methods,and the influence of the center of gravity position on navigation characteristics is not considered at the same *** study the influence of the combinations of the angle of the anti-wave plate and the position of the center of gravity on the resistance reduction characteristics,a numerical calculation model of the amphibious unmanned vehicle was established by using the theory of computational fluid dynamics,and the experimental data verified the correctness of the numerical *** on this numerical model,the navigation characteristics of the amphibious unmanned vehicle were studied when the center of gravity was located at different positions,and the orthogonal experimental design method was used to optimize the parameters of the angle of the anti-wave plate and the position of the center of *** results show that through the parameter optimization analysis based on the orthogonal experimental method,the combination of the optimal angle of the anti-wave plate and the position of the center of gravity is *** the numerical simulation result of resistance is consistent with the predicted optimal *** with the maximum navigational resistance,the parameter optimization reduces the navigational resistance of the amphibious unmanned vehicle by 24%.

关键词： Amphibious unmanned vehicle orthogonal experimental design anti-wave plate center of gravity resistance characteristic

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基于RRT^(*)-DR算法的机械臂避障路径规划

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计算机集成制造系统 2024年第3期30卷 1149-1160页

作者：商德勇汪俊杰樊虎索双富中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京100083 中国矿业大学(北京)智慧矿山与机器人研究院北京100083 煤矿智能化与机器人创新应用应急管理部重点实验室北京100083 清华大学机械工程系北京100081

为使机械臂在障碍物环境下快速规划较优路径,提出了一种基于动态区域采样的改进RRT^(*)-DR路径规划算法,将整个规划过程分为快速探索路径和优化初始路径两个步骤。首先利用半目标导向扩展快速探索,找到连接起始点和目标点的路径。随后... 详细信息

为使机械臂在障碍物环境下快速规划较优路径,提出了一种基于动态区域采样的改进RRT^(*)-DR路径规划算法,将整个规划过程分为快速探索路径和优化初始路径两个步骤。首先利用半目标导向扩展快速探索,找到连接起始点和目标点的路径。随后利用动态区域采样方法,始终在当前最优路径的周边范围内采样,优先密化当前最优路径附近的节点树,节省计算资源,使初始路径经过迭代快速向渐进最优路径收敛。同时,提出一种近障碍节点变步长机制,有选择性地缩短靠近障碍节点的扩展步长,可有效减少碰撞检测失败次数,提高算法效率。最后,在MATLAB和ROS系统下进行路径规划算法仿真,结果表明RRT^(*)-DR算法可在更短时间内实现路径规划,同时有效缩小路径代价。进一步通过实体机器人路径规划避障实验,验证了该算法的实用性和有效性。

关键词：机械臂路径规划动态采样区域变步长

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基于奇异摄动的刚柔耦合Delta机器人非线性混合控制

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机械工程学报 2024年第5期60卷 95-106页

作者：商德勇黄云山黄欣怡潘崭中国矿业大学(北京)机械与电气工程学院北京100083 中国矿业大学(北京)智慧矿山与机器人研究院北京100083 煤矿智能化与机器人创新应用应急管理部重点实验室北京100083

在高速运动中,Delta并联机器人杆件发生的弹性变形和振动对运动性能的影响不可忽略。针对有限元法离散柔性杆时出现方程维度高且难以适用于主动控制的问题,通过假设模态法和Kane方法,对Delta刚柔耦合并联机器人进行动力学建模。通过添... 详细信息

在高速运动中,Delta并联机器人杆件发生的弹性变形和振动对运动性能的影响不可忽略。针对有限元法离散柔性杆时出现方程维度高且难以适用于主动控制的问题,通过假设模态法和Kane方法,对Delta刚柔耦合并联机器人进行动力学建模。通过添加闭链刚柔耦合系统运动学位置、速度、加速度约束方程,建立了闭链形式的Delta并联机器人的刚柔耦合动力学方程。针对Delta并联机器人刚柔耦合动力学模型复杂度高的问题,利用奇异摄动法,将刚柔耦合动力学模型依据时间尺度分解为快变和慢变两个子系统。为避免扰动的影响并保证收敛性,针对慢变系统设计了非奇异终端滑模控制器;为抑制弹性振动对运动的影响,针对快变系统设计了LQR最优控制器,并将两个子系统的控制器合并为刚柔耦合系统的非线性混合控制器。仿真对比实验证明,所设计的混合控制器不仅保持了更高精度的轨迹跟踪,而且实现了明显的振动抑制效果,为Delta刚柔耦合并联机器人的主动跟踪控制和振动抑制提供了新思路。

关键词：并联机器人刚柔耦合假设模态法 Kane方法奇异摄动

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基于Kane方程的Delta并联机器人刚柔耦合动力学研究

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机械工程学报 2024年第7期60卷 124-133页

作者：商德勇黄欣怡黄云山张天佑中国矿业大学(北京)机械与电气工程学院北京100083 中国矿业大学(北京)智慧矿山与机器人研究院北京100083 煤矿智能化与机器人创新应用应急管理部重点实验室北京100083

针对Delta并联机器人在高负载和高速运行时,由刚度较小的从动臂发生弹性变形而造成的机器人定位精度降低和系统运行失稳等问题,采用假设模态法对从动臂杆件进行离散化处理,并基于Kane方程和增广拉格朗日乘子法建立了Delta并联机器人系... 详细信息

针对Delta并联机器人在高负载和高速运行时,由刚度较小的从动臂发生弹性变形而造成的机器人定位精度降低和系统运行失稳等问题,采用假设模态法对从动臂杆件进行离散化处理,并基于Kane方程和增广拉格朗日乘子法建立了Delta并联机器人系统的刚柔耦合动力学方程,从而量化了从动臂连杆变形对机器人定位精度造成的影响。通过对比在相同跟踪轨迹下ADAMS模型仿真与MATLAB数值分析结果,两者的动平台质心运动轨迹基本重合且主动关节旋转角度偏差小于0.01rad,验证了刚柔耦合动力学方程的正确性。最后,通过数值分析和Adams-Matlab联合仿真分析,得到机器人在不同负载条件下,末端动平台在X和Z方向的最大位移偏移量及主动关节驱动力矩最大偏差值,仿真结果反映了从动臂柔性对机器人动力学性能的影响规律,为机器人的精确控制提供了理论支撑。

关键词： Delta机器人高速重载刚柔耦合 Kane方程动力学建模

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煤矸分拣机器人设计与关键技术分析

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煤炭科学技术 2022年第3期50卷 232-238页

作者：商德勇章林牛艳奇范迅中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京100083 中国矿业大学(北京)智慧矿山与机器人研究院北京100083 芜湖国营机械厂安徽芜湖241000

煤矿智能化是实现煤炭工业高质量发展的核心技术支撑,煤矸在线分拣机器人可实现煤和矸石的自动识别与分拣,是实现煤矿智能化分选的重要装备。在总结国内外煤矸分拣机器人和煤矸图像识别技术的研究现状和成果基础上,针对煤矸自动分拣机... 详细信息

煤矿智能化是实现煤炭工业高质量发展的核心技术支撑,煤矸在线分拣机器人可实现煤和矸石的自动识别与分拣,是实现煤矿智能化分选的重要装备。在总结国内外煤矸分拣机器人和煤矸图像识别技术的研究现状和成果基础上,针对煤矸自动分拣机器人分拣速度低,智能化程度不高等问题,设计了一种基于图像识别的Delta型并联机器人应用于煤矸自动分拣领域。阐述了煤矸分拣机器人的工作原理和设计方案,针对煤矸分拣的特定工况场景,对工业相机、光源、镜头等图像识别系统的硬件进行了选型设计。提出了一种基于灰度和纹理特征融合的煤矸图像SVM识别算法,介绍了机器人控制系统的软件功能设计方法,最后搭建了试验平台并进行了多组煤矸在线识别分拣试验。结果表明,该并联机器人可有效对煤和矸石进行自动识别,并通过控制机器人气动机械手实现对6 kg以下的矸石抓取。针对设计及试验过程中遇到的问题,进一步提出了机器人刚柔耦合动力学模型和误差传递规律、基于深度学习和多特征融合的煤矸石识别算法、考虑外部负载干扰的并联机器人自适应稳定控制策略等关键技术,为进一步加快煤矸分拣并联机器人的推广应用,最终实现煤矿智能化、无人化分选提供一种新途径。

关键词：煤矿智能化智能分选煤矸分拣并联机器人图像识别

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曲柄摇杆四足机器人实验教学平台设计

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实验室研究与探索 2023年第1期42卷 184-189页

作者：商德勇樊虎白龙中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京100083 中国矿业大学(北京)智慧矿山与机器人研究院北京100083 中国矿业大学(北京)煤矿智能化与机器人创新应用应急管理部重点实验室北京100083 北京信息科技大学机电工程学院北京100192

为适应新工科人才培养的要求,针对机械类专业课程实践教学环节教学方法陈旧等问题,基于曲柄摇杆机构设计了一款四足机器人实验教学平台,用于机械原理、机械设计等主干课程的实践创新教学环节。该四足机器人的结构设计方案源于哺乳动物... 详细信息

为适应新工科人才培养的要求,针对机械类专业课程实践教学环节教学方法陈旧等问题,基于曲柄摇杆机构设计了一款四足机器人实验教学平台,用于机械原理、机械设计等主干课程的实践创新教学环节。该四足机器人的结构设计方案源于哺乳动物运动过程,分析了其运动方式及不同腿部结构对于运动过程的影响,确定机器人机构运动方案;以D-H矩阵变换为数学工具,建立了机器人运动学模型;考虑实验平台应满足较高的经济性和互换性要求,最大程度采用了标准件的数量。对机器人进行了虚拟仿真分析,完成直线与奔跑两种状态的步态规划,实现了四足机器人的整体协调运动,验证了设计的合理性。实践表明,该教学平台的成功设计,丰富了机械类核心课程实践教学内容,对于提高学生的动手实践能力和思维创新能力有着显著的效果。

关键词：曲柄摇杆四足机器人虚拟仿真实验教学平台

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Carotenoid isomerase regulates rice tillering and grain productivity by its biosynthesis pathway

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Journal of Integrative Plant Biology 2024年第2期66卷 172-175页

作者： Chaoqing Ding Zhengji Shao Yuping Yan Guangheng Zhang Dali Zeng Li Zhu Jiang Hu Zhenyu Gao Guojun Dong Qian Qian deyong Ren State Key Laboratory of Rice Biology and Breeding ChinaNational Rice Research InstituteHangzhou 310006China

Tillers are unique inflorescence-like branches in grasses,and their number determines the panicle number,plant architecture,and yield(shang et al.,2021).Tiller formation mainly undergoes axillary meristem(AM)initiation and tiller bud outgrowth(Wang et al.,2018;Yan et al.,2023).The rice(Oryza sativa)KNOX gene OSH1 is expressed in AMs,and an osh1 mutant produces fewer tillers(Tanaka et al.,2015).

关键词： sativa Oryza panicle

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矿用输送带钉扣机穿钉机构运动误差分析

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煤炭科学技术 2023年第S01期51卷 362-371页

作者：商德勇王宇威牛艳奇李占平王存忠中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京100083 中国矿业大学(北京)智慧矿山与机器人研究院北京100083 煤矿智能化与机器人创新应用应急管理部重点实验室北京100083 上海创昊输送设备有限公司上海201615

针对矿用输送带钉扣机传动机构的尺寸误差和铰链间隙误差会造成输送带压扣不紧、钉不透的问题,以钉扣机穿钉机构为研究对象,考虑了穿钉机构中尺寸误差以及铰链间隙误差对运动输出误差的影响,分析了机构的运动可靠性。首先,建立穿钉机构... 详细信息

针对矿用输送带钉扣机传动机构的尺寸误差和铰链间隙误差会造成输送带压扣不紧、钉不透的问题,以钉扣机穿钉机构为研究对象,考虑了穿钉机构中尺寸误差以及铰链间隙误差对运动输出误差的影响,分析了机构的运动可靠性。首先,建立穿钉机构的运动学模型,并基于连续接触模型、有效长度理论等得到机构末端输出位置与各构件参数之间的变化规律。其次,建立了考虑尺寸误差、铰链间隙误差的误差模型,分别得到了运动输出误差的均值与方差。最后得到了各误差对输出运动精度和可靠性的影响规律。通过引入误差传递函数,分别得到了机构尺寸误差与铰链误差对运动输出的影响程度。仿真结果表明,铰链误差对运动输出误差的影响程度比杆长误差影响大,在钉扣机设计和装配阶段,应重点控制铰链C和铰链E的间隙误差,可有效提高钉扣机构运动输出精度。

关键词：钉扣机穿钉机构尺寸误差铰链间隙误差运动误差

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芦子沟矿厚煤层沿空掘巷窄煤柱宽度优化及应用

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采矿与安全工程学报 2023年第6期40卷 1151-1160页

作者：孙利辉丁斌李旺军陈振商德勇张永健宋家乐河北工程大学矿业与测绘工程学院河北邯郸056038 河北省煤炭资源综合开发与利用协同创新中心河北邯郸056038 山西怀仁中能芦子沟煤业有限责任公司山西怀仁038300 中国煤炭工业协会北京100028 中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京100083

护巷煤柱宽度是沿空掘巷技术成功与否的关键。以芦子沟矿8103工作面沿空掘巷工程为背景,采用理论分析、数值模拟和现场试验等方法,研究沿空掘巷内外应力场传递演化规律,确定沿空掘巷内应力场分布范围,对比分析不同宽度护巷煤柱下巷道围... 详细信息

护巷煤柱宽度是沿空掘巷技术成功与否的关键。以芦子沟矿8103工作面沿空掘巷工程为背景,采用理论分析、数值模拟和现场试验等方法,研究沿空掘巷内外应力场传递演化规律,确定沿空掘巷内应力场分布范围,对比分析不同宽度护巷煤柱下巷道围岩的形变特征,得到最优护巷煤柱宽度为8m。结果表明:内外应力场呈“双驼峰”状分布,内应力场范围为12.2~13.8m,巷道布置在内应力场范围内不会引起支承压力的明显变化,能够保持巷道相对稳定;煤柱宽度由3m增加至35m时,煤柱内垂直应力增长率出现先增大后减小的趋势;煤柱宽度为3~8m时,煤柱内垂直应力分布近似为“单驼峰”,煤柱宽度为10~35m时,煤柱内垂直应力分布近似为“双驼峰”。随着煤柱宽度的增大,煤柱内部弹性核区不断增加,煤柱塑性区形状由“贯穿”状向“H”形过渡,直至发展为“X”形;煤柱内部破坏方式由“拉、剪复合破坏”向“剪切破坏为主”发展,最终破坏形式为“全剪破坏”。现场试验表明:宽度为8m的护巷煤柱可以有效地控制巷道围岩变形量,能够维持巷道整体稳定;与原护巷煤柱相比,煤炭损失率降低了77.15%,提高了煤炭资源采出率。

关键词：沿空掘巷窄煤柱内外应力场数值模拟围岩变形

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Delta煤矸分拣机器人实验平台设计

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煤炭技术 2023年第7期42卷 136-139页

作者：商德勇黄云山张天佑刘嵘锦中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京100083 中国矿业大学(北京)智慧矿山与机器人研究院北京100083 煤矿智能化与机器人创新应用应急管理部重点实验室北京100083 内蒙古伊伯特煤炭科技有限公司内蒙古鄂尔多斯017200

煤矸智能分选对提高原煤分选效率,降低工人劳动强度具有重要意义,也是实现煤矿智能化建设中重要环节之一。设计了基于机器视觉的煤矸分拣机器人教学科研实验平台,该实验平台由Delta并联机器人、图像采集设备、抓取机构和传送带组成。通... 详细信息

煤矸智能分选对提高原煤分选效率,降低工人劳动强度具有重要意义,也是实现煤矿智能化建设中重要环节之一。设计了基于机器视觉的煤矸分拣机器人教学科研实验平台,该实验平台由Delta并联机器人、图像采集设备、抓取机构和传送带组成。通过工业相机获取煤矸图像进行预处理,并提取煤矸图像的灰度与纹理特征信息,采用支持向量机(SVM)进行煤矸数据集训练与分类检测识别。最终,利用该实验平台进行了机器人标定和煤矸图像识别分拣实验,验证了该实验平台的可行性。

关键词：煤矸分拣并联机器人图像识别实验平台

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