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Modeling and Experimental Evaluation of a Bionic Soft Pneumatic Gripper with Joint Actuator

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Journal of Bionic Engineering 2023年第4期20卷 1532-1543页

作者： Ming Ma Quansheng Jiang Haochen Wang yehu shen Fengyu Xu School of Mechanical Engineering Suzhou University of Science and TechnologySuzhou215009China College of Automation Nanjing University of Posts and TelecommunicationsNanjing210003China

The pneumatic gripper in industrial applications has the advantages of structure simplicity and great adaptability,but its gripping power is usually limited due to the low modulus of soft *** address this problem,a novel bionic pneumatic gripper inspired by spider legs is *** design has two pairs of symmetrical fingers,each finger consists of two pneumatic actuated joints,two rigid links and one pneumatic soft *** rigid link connects the pneumatic chamber which is enclosed in a retractable shell to increase the actuation pressure and the gripping *** compressibility and elasticity of the soft joint and pad enable the gripper to grasp fragile objects without *** modeling of the bionic gripper is developed,and the parameters of the joint actuators are optimized *** prototype is manufactured and tested with the developed experimental platform,where the gripping force,flexibility and adaptability are *** results indicate that the designed gripper can grasp irregular and fragile items in sizes from 40 to 140 mm without damage,and the lifting weight is up to 15 N.

关键词： Pneumatic actuation Bionic soft gripper Theoretical modeling Joint actuator

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利用立体图对的三维人脸模型重建算法

计算机辅助设计与图形学学报 2006年第12期18卷 1904-1910页

作者：沈晔湖刘济林浙江大学信息与电子工程学系杭州31002

利用人脸正面立体图对重建三维人脸模型,无需三维激光扫描仪和通用人脸模型·获取立体图对并校正后,利用种子像素扩张算法实现图像匹配·种子像素选取算法能使足够数量的种子像素具有可靠视差;还提出了基于视差置信度的扩张算法,降低了... 详细信息

利用人脸正面立体图对重建三维人脸模型,无需三维激光扫描仪和通用人脸模型·获取立体图对并校正后,利用种子像素扩张算法实现图像匹配·种子像素选取算法能使足够数量的种子像素具有可靠视差;还提出了基于视差置信度的扩张算法,降低了视差图中大面积误匹配区域出现的可能性;最后,利用碟状粒子描述和Delaunay三角剖分重建三维人脸模型·实验结果表明,文中算法能够产生光滑逼真的三维人脸模型·

关键词：三维人脸模型种子像素碟状粒子描述Delaunay三角剖分

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单目视觉的同时三维场景构建和定位算法

光学学报 2008年第5期28卷 907-914页

作者：沈晔湖刘济林杜歆浙江大学信息与电子工程学系浙江杭州310027

同时场景构建和定位算法是机器人自主导航的重要组成部分。针对传统算法不能应用于室外环境和缺乏定量分析的缺点,提出了一种单摄像机恢复场景三维结构和摄像机位姿的新算法。提出了视频序列关键帧提取方法,降低了运算复杂度;利用特征... 详细信息

同时场景构建和定位算法是机器人自主导航的重要组成部分。针对传统算法不能应用于室外环境和缺乏定量分析的缺点,提出了一种单摄像机恢复场景三维结构和摄像机位姿的新算法。提出了视频序列关键帧提取方法,降低了运算复杂度;利用特征点对和摄像机内参量计算场景三维结构和关键帧的位姿并提出一种估计关键帧位姿的简便方法;最后,提出一种兼顾优化效果和运算复杂度的自适应光束法平差算法优化场景结构和摄像机位姿,并生成适于机器人导航的数字高程图。室内和室外多种场景下的定量和定性实验结果表明,绕行误差低于4%,该算法能够接近实时准确实现同时场景构建和摄像机定位。

关键词：光学测量同时场景构建和定位自适应光束法平差单目视觉

滚珠丝杠进给系统结构模态特性对位置环增益的影响性分析

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计算机集成制造系统 2019年第5期25卷 1119-1127页

作者：杨勇蒋全胜刘威沈晔湖陈盛苏州科技大学机械工程学院江苏苏州215009 苏州科技大学苏州市精密与高效加工技术重点实验室江苏苏州215009 南京邮电大学自动化学院江苏南京210023

为充分考虑滚珠丝杠结构模态特性对伺服控制器及进给驱动系统整体统态性能的影响,建立了基于特征模态的滚珠丝杠进给系统状态空间缩聚模型,以实现在模态特性影响下求解进给系统动力学响应的同时与伺服控制系统集成;在此基础上,建立了基... 详细信息

为充分考虑滚珠丝杠结构模态特性对伺服控制器及进给驱动系统整体统态性能的影响,建立了基于特征模态的滚珠丝杠进给系统状态空间缩聚模型,以实现在模态特性影响下求解进给系统动力学响应的同时与伺服控制系统集成;在此基础上,建立了基于滚珠丝杠进给系统状态空间缩聚模型的伺服系统位置调节回路模型,推导了系统模态频率、开环幅值响应激增值与位置环增益之间的约束关系式,进行了滚珠丝杠进给系统模态特性对位置环增益的影响性分析,实现了特征模态影响下位置环增益参数的最优值估计。通过实例验证了基于状态空间的滚珠丝杠进给系统模态特性提取、滚珠丝杠进给系统模态特性对位置环增益的影响性分析结果、结构特征模态影响下的位置环增益参数最优值估计的正确性。

关键词：滚珠丝杠进给系统机械传动位置环增益结构模态特性结构柔性

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仿生机器鱼近壁面流场识别的人工侧线方法

哈尔滨工业大学学报 2021年第9期53卷 164-170页

作者：谢鸥宋爱国苗静孙兆光沈晔湖东南大学仪器科学与工程学院南京210096 苏州科技大学机械工程学院江苏苏州215009

针对仿生机器鱼目标近距离作业时的环境识别难题,提出一种基于人工侧线(ALL)的近壁面流场识别方法。理论分析了ALL感知近壁面流场环境的可行性,建立了ALL虚拟压力传感器阵列并采用计算流体动力学(CFD)方法计算并提取了不同参数条件下(... 详细信息

针对仿生机器鱼目标近距离作业时的环境识别难题,提出一种基于人工侧线(ALL)的近壁面流场识别方法。理论分析了ALL感知近壁面流场环境的可行性,建立了ALL虚拟压力传感器阵列并采用计算流体动力学(CFD)方法计算并提取了不同参数条件下(来流速度v,靠壁距离d和游动频率f)仿生机器鱼的体表压力数据,建立了基于多层前馈神经网络的来流速度和靠壁距离预测回归模型,并对模型结构和数据特征进行了优化。结果表明:壁面效应将引起鱼体周围流场结构的非对称分布,鱼体头部和尾部的侧线传感器对流场参数的辨识度高,消除弱相关的特征对来流速度和靠壁距离预测指标的影响小且有利于降低预测模型的复杂度。研究结果能够为水下机器人环境识别的信息提取及处理提供理论方法。

关键词：仿生机器鱼人工侧线神经网络壁面流场识别

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用于个性化人脸动漫生成的自动头发提取方法

计算机辅助设计与图形学学报 2010年第11期22卷 1880-1886页

作者：沈晔湖貊睿高巍魏磊朱怡彭振云中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所系统集成研究部苏州215125

针对个性化人脸动漫自动生成的应用背景,提出了在单幅人脸图像中提取头发区域的方法.首先用手工标记训练图像中的头发区域,计算头发位置分布图像和头发颜色的概率分布函数;其次对于测试人脸图像结合头发位置和头发颜色的先验分布构建能... 详细信息

针对个性化人脸动漫自动生成的应用背景,提出了在单幅人脸图像中提取头发区域的方法.首先用手工标记训练图像中的头发区域,计算头发位置分布图像和头发颜色的概率分布函数;其次对于测试人脸图像结合头发位置和头发颜色的先验分布构建能量函数,采用割图法对该能量函数进行优化得到初始头发区域;最后利用K-均值算法对初始头发区域进行精细分割,并结合图像后处理算法得到最终的头发区域.实验结果表明,文中方法运算复杂度较低,处理一幅图像的平均时间为300ms左右,头发区域的平均检测准确率超过90%,基本满足个性化人脸动漫自动生成的需求.

关键词：头发提取割图法 K-均值能量函数

基于结构-整机性能映射模型的机床薄弱件结构优化方法

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农业机械学报 2018年第12期49卷 420-428页

作者：杨勇孙群沈晔湖蔡晓童李华张子钺苏州科技大学机械工程学院苏州215009 苏州科技大学苏州市精密与高效加工技术重点实验室苏州215009 上海电机学院机械工程学院上海201306

提出了一种基于结构-整机性能映射模型的机床薄弱件结构优化方法。首先,通过机床动静态特性分析确定薄弱结构部件。其次,提出基于扩展常数自组织选取椭圆基函数(Elliptical basis function,EBF)的结构-动静态性能映射元模型建模方法:对... 详细信息

提出了一种基于结构-整机性能映射模型的机床薄弱件结构优化方法。首先,通过机床动静态特性分析确定薄弱结构部件。其次,提出基于扩展常数自组织选取椭圆基函数(Elliptical basis function,EBF)的结构-动静态性能映射元模型建模方法:对椭圆基函数神经网络进行改进,提出基于扩展常数自组织选取的EBF建模方法,通过扩展系数的自组织选取以确定不同椭圆基函数合理的参与度与重叠性,避免所有椭圆基函数图形偏平或偏尖而影响EBF建模精度;基于改进后的椭圆基函数神经网络构建薄弱件结构-整机动静态性能映射元模型。通过实例样本数据检验得到,所构建的机床实例映射元模型计算结果与实际值之间的误差检验复相关系数均在0. 995以上,说明了该结构-整机性能映射元模型构建方法的正确性。在此基础上,根据上述薄弱件结构-整机动静态性能映射关系,以整机动静态性能为评价指标,以薄弱结构部件为优化对象,基于多目标优化算法,实现面向机床整机性能的薄弱件结构优化。

关键词：机床薄弱件结构整机性能优化

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仿生机器鱼靠壁游动的壁面效应特性研究

华中科技大学学报（自然科学版） 2018年第11期46卷 59-63页

作者：谢鸥朱其新蒋全胜沈晔湖苏州科技大学机械工程学院

为实现仿生机器鱼靠壁游动的工程实际需求,研究了机器鱼靠壁游动过程的壁面效应特性.首先建立了机器鱼运动学模型,然后采用计算流体动力学方法对机器鱼靠壁游动过程的水动力学和流场分布进行了数值仿真计算,最后对机器鱼在不同靠壁距离... 详细信息

为实现仿生机器鱼靠壁游动的工程实际需求,研究了机器鱼靠壁游动过程的壁面效应特性.首先建立了机器鱼运动学模型,然后采用计算流体动力学方法对机器鱼靠壁游动过程的水动力学和流场分布进行了数值仿真计算,最后对机器鱼在不同靠壁距离下的水动力参数进行了实验测试分析.结果表明：固体壁面会对机器鱼靠壁游动过程的水动力参数产生影响,靠壁距离越小,产生的偏航力矩和侧向力越大,从而导致机器鱼形成远离壁面的偏航游动.

关键词：仿生机器鱼靠壁游动壁面效应水动力学偏航力矩

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超球流形约束下的3DMM分步全局优化

计算机辅助设计与图形学学报 2012年第8期24卷 1065-1075页

作者：高巍沈晔湖貊睿魏磊朱怡彭振云中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所系统集成研究部苏州215123 中国科学院研究生院北京100049

通过综合运用人脸空间的超球流形约束、基于梯度的启发式全局优化、光照的球面谐波描述以及凸包可见点集的直接消隐方法,提出一种三维可形变模型的图像匹配方法.首先通过形状超球流形约束下的全局优化算法求解摄像机参数和形状参数,然... 详细信息

通过综合运用人脸空间的超球流形约束、基于梯度的启发式全局优化、光照的球面谐波描述以及凸包可见点集的直接消隐方法,提出一种三维可形变模型的图像匹配方法.首先通过形状超球流形约束下的全局优化算法求解摄像机参数和形状参数,然后使用以上参数和凸包点集的直接消隐方法确定物像点对应关系,最后根据物像点对应关系由反射率超球流形约束下的全局优化算法求解光照参数和反射率参数.定量的对比实验结果表明,该方法无需借助分区域拟合、人为估计参数值、层次匹配策略或复杂的特征组合,即可由单幅图像恢复三维可形变模型(3DMM)的全部参数.

关键词：三维可形变模型全局优化超球流形球面谐波人脸空间