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基于病态参数分离的机器人运动学标定测量构型优化

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仪器仪表学报 2024年第2期45卷 299-314页

作者：郭万金李锦辉郝钦磊曹雏清赵立军长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室西安710064 芜湖哈特机器人产业技术研究有限公司芜湖241007 埃夫特智能装备股份有限公司芜湖241060 长三角哈特机器人产业技术研究院芜湖241007 哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150000

针对一种高灵巧性机器人及其连杆参数高敏感性与高定位精度需求,为解决机器人运动学标定随机测量构型存在绝对定位精度低、参数辨识效果及标定结果鲁棒性较差的问题,提出一种病态参数分离与DETMAX-改进差分进化(DETMAX-IDE)算法的机器... 详细信息

针对一种高灵巧性机器人及其连杆参数高敏感性与高定位精度需求,为解决机器人运动学标定随机测量构型存在绝对定位精度低、参数辨识效果及标定结果鲁棒性较差的问题,提出一种病态参数分离与DETMAX-改进差分进化(DETMAX-IDE)算法的机器人运动学标定测量构型分步优化方法。首先,建立机器人位置误差模型。其次,建立一种可观性综合指标,评价不同机器人标定测量构型的总体可观测性和灵敏度。最后,分离机器人运动学位置误差模型的病态参数,建立测量构型优化目标函数和约束条件,提出一种基于DETMAX算法与改进差分进化算法结合的分步迭代优化算法(简称为DETMAX-改进差分进化算法,简写为DETMAX-IDE算法),开展机器人运动学标定测量构型分步迭代优化。通过机器人运动学标定仿真与实验,验证了所提方法的有效性。实验结果表明,与随机测量构型相比,所提方法对应的机器人绝对定位精度的平均值和均方差分别降低了62.09%和62.45%。

关键词：机器人运动学标定测量构型优化病态参数分离 DETMAX-IDE算法位置误差模型

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考虑廓形特征的机器人异型盘磨削接触力建模

表面技术 2024年第12期53卷 167-180页

作者：郭万金吴广朱恒陈柱宏詹子立曹雏清赵立军郭磊朱文锋长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室西安710064 长三角哈特机器人产业技术研究院安徽芜湖241007 埃夫特智能装备股份有限公司安徽芜湖241060 芜湖哈特机器人产业技术研究有限公司安徽芜湖241007 安徽工程大学计算机与信息学院安徽芜湖241000 哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150000

目的为表征具有尖端小、比压大廓形特征的机器人异型盘磨削接触力,针对异型盘薄板与橡胶板双层结构形式,提出一种考虑廓形特征影响的包含薄板挠曲形变和橡胶板弹性形变的机器人异型盘磨削接触力建模方法。方法首先,基于弹性薄板弯曲理论... 详细信息

目的为表征具有尖端小、比压大廓形特征的机器人异型盘磨削接触力,针对异型盘薄板与橡胶板双层结构形式,提出一种考虑廓形特征影响的包含薄板挠曲形变和橡胶板弹性形变的机器人异型盘磨削接触力建模方法。方法首先,基于弹性薄板弯曲理论,分析薄板挠曲形变与接触力关系。其次,依据静态弹性理论,建立橡胶板在弹性形变区域内弹性形变与接触力模型。再次,开展有限元数值模拟实验求解橡胶板弹性形变参数和薄板挠曲形变参数,并通过变量替换建立接触力与异型盘法向进给位移数值形式反函数模型。最后,搭建机器人异型盘磨削实验平台,分别开展1种平面与3种曲率曲面工件的机器人异型盘接触力模型验证实验和1种侧曲面圆台铸铁工件的机器人异型盘磨削一致性验证实验。结果机器人异型盘接触力模型验证实验结果表明,当盘倾角较大时,能够较为准确地预测接触力。机器人异型盘磨削一致性验证实验结果表明,在相同的磨削参数条件下,3条磨削路径(路径1、2、3)的磨削深度平均值分别为0.0663、0.0632、0.0645 mm,最大偏差分别为0.0139、0.0090、0.0108 mm,变异系数分别为11.2%、6.4%和9.6%。实验验证了所提方法的有效性。结论所提方法考虑了异型盘廓形特征,将工件表面曲率、盘倾角、廓形参数和异型盘尺寸等参数包含在磨削接触力模型中,并描述了磨削接触力与异型盘法向进给位移的数值形式反函数关系,能够度量异型盘磨削作业接触区域和解释磨削接触力影响因素,可为机器人异型盘的高效率、高质量恒定接触力磨削提供理论依据。

关键词：接触力建模异型盘磨削挠曲形变弹性形变机器人磨削

聚丙烯酰胺/假酸浆复合材料制备及其对刚果红的吸附性能

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工程科学与技术 2024年

作者：郭万金孙浩曹雏清赵立军长三角哈特机器人产业技术研究院芜湖哈特机器人产业技术研究有限公司博士后工作站哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室

为去除染料废水中的刚果红（CR）分子，以假酸浆、聚丙烯酰胺（PAM）和改性石墨为原料，采用冷冻干燥法制备了一种复合材料吸附剂，通过扫描电镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和Zeta电位对复合材料进行了表征，研究了pH、加入量... 详细信息

为去除染料废水中的刚果红（CR）分子，以假酸浆、聚丙烯酰胺（PAM）和改性石墨为原料，采用冷冻干燥法制备了一种复合材料吸附剂，通过扫描电镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和Zeta电位对复合材料进行了表征，研究了pH、加入量、吸附时间、温度与溶液浓度对其吸附CR性能的影响，并利用吸附等温线、吸附动力学和吸附热力学研究了吸附过程。材料表征结果表明：所制备复合材料具有较好的空间结构，表面粗糙不均且存在大量活性位点和多种官能团，有明显的褶皱，比表面积较大。吸附实验结果表明：pH是影响复合材料吸附CR的性能的主要因素，复合材料对CR的吸附性能在酸性和中性溶液中较好，碱性条件下较差；当溶液pH=7时，CR去除率可达89.6%；初始溶液浓度为80 mg/L时，CR去除率随吸附剂投入量增加由76.5%提高至86.6%；当初始溶液浓度100 mg/L及复合材料投入量100 mg时，吸附平衡时间约为826 min，CR去除率为84.5%；复合材料对CR的吸附属于放热过程，在303 ～323 K温度范围内，复合材料对CR的吸附性能随温度的增加而降低。吸附动力学分析结果表明，复合材料对CR的吸附符合伪一级动力学模型；等温线分析结果表明，吸附反应更加符合Freundlich等温线模型，吸附过程主要发生在复合材料的非均相吸附位点上且以化学吸附为主；热力学分析结果表明，复合材料对CR的吸附是自发的放热过程；研究表明复合材料具有良好的重复利用性。

关键词：假酸浆聚丙烯酰胺改性石墨吸附性能刚果红

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复杂地形环境下的多传感器融合SLAM技术

机器人 2024年第4期46卷 425-435页

作者：路春晓钟焕刘威周勇崔智全李卫华哈尔滨工业大学(威海)汽车工程学院山东威海264209 中建三局集团有限公司湖北武汉430070 长三角哈特机器人产业技术研究院安徽芜湖241060

针对在野外、森林、山地或建筑工地等复杂环境中,SLAM(同时定位与地图构建)算法精度下降、定位漂移或甚至失效的问题,提出一种复杂地形环境下的多传感器融合SLAM算法。首先,针对剧烈运动时点云畸变严重的问题,提出了一种自适应划分雷达... 详细信息

针对在野外、森林、山地或建筑工地等复杂环境中,SLAM(同时定位与地图构建)算法精度下降、定位漂移或甚至失效的问题,提出一种复杂地形环境下的多传感器融合SLAM算法。首先,针对剧烈运动时点云畸变严重的问题,提出了一种自适应划分雷达帧的子帧分割方法,并利用IMU(惯性测量单元)预积分技术进行点云畸变补偿,降低点云帧内失真,提高SLAM算法在剧烈运动时的鲁棒性;然后,算法前端基于迭代误差状态卡尔曼滤波(IESKF)算法,融合激光雷达、IMU的数据进行状态估计,为后端提供精确的初始位姿;后端基于因子图,融合前端激光惯导里程计因子、闭环检测因子、全球定位系统(GPS)因子,提高SLAM算法的准确性和全局一致性。最后,在剧烈运动场景、校园综合场景以及野外森林场景中对算法进行了测试。实验结果显示,与FAST-LIO2算法和LIO-SAM算法相比,本文算法的定位精度更高,建图更加清晰,在剧烈运动场景中更具鲁棒性。

关键词：同时定位与地图构建迭代误差状态卡尔曼滤波(IESKF) 因子图传感器融合

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基于TILS算法的汽轮机叶片排序方法

航空动力学报 2024年第9期39卷 478-483页

作者：刘谊郭闯强朱映远张庆利哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001 哈尔滨工业大学芜湖机器人产业技术研究院安徽芜湖241060 中国航天科技集团有限公司中国运载火箭技术研究院北京100076

通过优化汽轮机叶片的安装顺序,来减少安装后的残余不平衡量。对此提出一种阈值式迭代局部搜索(threshold iterative local search,TILS)算法,该算法在迭代局部搜索(iterative local search,ILS)算法基础上,采用阈值限定扰动与随机扰动... 详细信息

通过优化汽轮机叶片的安装顺序,来减少安装后的残余不平衡量。对此提出一种阈值式迭代局部搜索(threshold iterative local search,TILS)算法,该算法在迭代局部搜索(iterative local search,ILS)算法基础上,采用阈值限定扰动与随机扰动相结合的方法来跳出局部最优解,减少了平均到达局部最优解所需的迭代步数。实验证明,该方法可以在短时间内找到一个近似最优叶片排序组合,相对于ILS算法,搜索效率提高了20%以上。计算得到的合成质径积的近似最优解,相对于现有分组排序法、遗传算法、云自适应遗传算法(CAGA)等方法,分别减小到其最优解的0.33%~31%,且计算时间也大幅度减小。

关键词：汽轮机叶片排序组合优化迭代局部搜索(ILS) 阈值式迭代局部搜索(TILS) 局部搜索

面向狭长空间的三自由度并联机器人设计与建模

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农业机械学报 2024年第1期55卷 426-435页

作者：徐冬梅刘湘龙于思淼徐超杨帆曹雏清西安科技大学机械工程学院西安710054 西安建筑科技大学机电工程学院西安710055 芜湖哈特机器人产业技术研究院有限公司芜湖241000

并联机器人因具有刚度大、结构稳定、承载能力大和运动负荷小等优点,在农业和工业等领域得到了广泛的应用。现有大部分并联机器人因支链呈空间对称分布,难以进入狭长空间工作。因此,针对狭长的工作环境,提出了一种新型三自由度并联结构... 详细信息

并联机器人因具有刚度大、结构稳定、承载能力大和运动负荷小等优点,在农业和工业等领域得到了广泛的应用。现有大部分并联机器人因支链呈空间对称分布,难以进入狭长空间工作。因此,针对狭长的工作环境,提出了一种新型三自由度并联结构,该机构整体沿一条直线导轨方向布置,减少了垂直于导轨方向的宽度,使之易于放入狭窄的空间内,同时能拥有较大工作空间,并实现3个自由度上的平动运动。通过G-K公式计算机构自由度;验证了该并联机器人设计的合理性;对平台进行了运动学和动力学分析;并根据遗传算法分析其奇异性;通过解析法对机构工作空间进行了分析。研究成果为三自由度并联机器人进入狭长空间工作提供了新的思路与构型。

关键词：并联机器人三自由度运动学动力学狭长空间

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基于层次分析法的医疗机器人可靠性分配研究

电子质量 2024年第8期 36-41页

作者：涂志健芜湖赛宝机器人产业技术研究院有限公司安徽芜湖241003

医疗机器人在手术、康复、诊断、护理等多个医疗领域发挥着重要作用,对其寿命进行可靠性分配是至关重要的一个环节,但目前对医疗机器人的可靠性研究还暂未有有效的方法。采用层次分析分配法来解决某型医疗机器人各分系统的可靠性分配的... 详细信息

医疗机器人在手术、康复、诊断、护理等多个医疗领域发挥着重要作用,对其寿命进行可靠性分配是至关重要的一个环节,但目前对医疗机器人的可靠性研究还暂未有有效的方法。采用层次分析分配法来解决某型医疗机器人各分系统的可靠性分配的问题。首先,对比了众多可靠性分配方法,发现层次分析法在解决复杂系统可靠性分配中具有独特的优势;其次,建立了层次分析法的分配模型;最后,将医疗机器人的寿命不少于8000 h的条件带入模型中求解每个零部件的可靠性分配结果。

关键词：医疗机器人医疗领域可靠性分配层次分析法寿命可靠性

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某型医疗机器人可靠性预计

机器人技术与应用 2024年第4期 53-56页

作者：卫能芜湖赛宝机器人产业技术研究院有限公司安徽芜湖241003

医疗机器人是一种结合了机械、电子、计算机和传感器技术的先进医疗设备,旨在辅助医务人员进行诊断、手术和治疗等医疗活动,其可靠性水平直接影响医疗机器人的安全性、患者的医疗体验和治疗效果。针对某型新研制的医疗机器人可靠性预计... 详细信息

医疗机器人是一种结合了机械、电子、计算机和传感器技术的先进医疗设备,旨在辅助医务人员进行诊断、手术和治疗等医疗活动,其可靠性水平直接影响医疗机器人的安全性、患者的医疗体验和治疗效果。针对某型新研制的医疗机器人可靠性预计的需要,首先,分析该型医疗机器人的系统组成及各分系统之间的逻辑关系,建立整机系统框图;其次,分析各分系统的零部件及数量,采用元器件计数法,预计各零部件和分系统失效率;最后,根据可靠性框图,预计整机可靠性水平。预计结果显示,框架模块、底盘模块、身体外壳模块、右臂模块的失效率分别为38.7015(10^(-6)/h)、9.7562(10^(-6)/h)、4.2056(10^(-6)/h)、0.7489(10^(-6)/h),整机可靠度在85%、90%和95%的情况下其可靠寿命时间t分别为3043h、1973h和960h。本研究可为某型医疗机器人的可靠性水平评估和改进提供参考。

关键词：可靠性预计平均无故障时间失效率寿命元器件计数法驱动器

固结与游离磨粒协同作用硬脆材料磨抛加工机理研究

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中国机械工程 2024年

作者：罗晨阳郭磊曹雏清曹蕾蕾施鹏飞长安大学道路施工与技术装备教育部重点实验室芜湖哈特机器人产业技术研究院有限公司广西制造系统与先进制造技术重点实验室

为了揭示硬脆材料弹性磨抛加工过程中固结与游离磨粒协同作用下的材料去除机理，设计了一种硅胶基体金刚石砂纸磨抛工具配备不同浓度金刚石抛光浆料进行磨抛加工，首先研究了弹性工具-工件间接触应力场、速度场分布以及磨粒-工件间的接... 详细信息

为了揭示硬脆材料弹性磨抛加工过程中固结与游离磨粒协同作用下的材料去除机理，设计了一种硅胶基体金刚石砂纸磨抛工具配备不同浓度金刚石抛光浆料进行磨抛加工，首先研究了弹性工具-工件间接触应力场、速度场分布以及磨粒-工件间的接触力学，建立了硬脆材料弹性磨抛加工过程中的材料去除模型。进而以SiC工件为加工对象，以磨抛压力、磨具转速、磨料浓度等工艺参数为影响因素完成单点磨抛加工验证实验，对磨抛加工表面材料去除轮廓进行表征。试验结果表明，建立的材料去除模型与实际材料去除深度的误差范围在4.68%-8.22%区间内，材料去除深度与磨抛压力、磨具转速和磨料浓度呈正相关，所建模型能够较好地预测弹性磨抛加工材料去除行为。

关键词：硬脆材料材料去除机理弹性磨抛工具固结磨粒游离磨粒