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深海载人潜水器多约束先验图像增强方法

舰船科学技术 2024年第2期46卷 143-149页

作者：秦豪赵洋王国刚沈阳化工大学信息工程学院辽宁沈阳110142 中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室辽宁沈阳110016 中国科学院机器人与智能制造创新研究院辽宁沈阳110169 辽宁省水下机器人重点实验室辽宁沈阳110169

针对深海载人潜水器人造光源照射造成深海图像颜色失真、散射模糊以及光照不均匀等图像降质问题,提出一种基于多约束先验的贝叶斯Retinex深海载人潜水器图像增强方法。该方法首先通过一种基于统计的颜色校正方法对图像进行色彩校正处理... 详细信息

针对深海载人潜水器人造光源照射造成深海图像颜色失真、散射模糊以及光照不均匀等图像降质问题,提出一种基于多约束先验的贝叶斯Retinex深海载人潜水器图像增强方法。该方法首先通过一种基于统计的颜色校正方法对图像进行色彩校正处理,然后对光照图先后进行平滑、结构和不均匀光照高亮区域3种先验,并将3种先验条件结合到贝叶斯模型当中,并选取Lab颜色空间中L分量作为初始光照图来进行光照图估计的最优化求解。最后,通过伽马校正的方法对光照图和反射图进行处理,获得增强后的深海图像。实验结果表明,所提出的方法平均运行时间4.39 s,具有较低的复杂度,更加适合深海恶劣环境下的图像增强,处理得到的深海图像具有更好的观测效果。

关键词：水下图像增强贝叶斯估计 Retinex理论深海载人潜水器

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AUV接驳系统水下系泊悬浮运动建模与分析

舰船科学技术 2024年第16期46卷 90-101页

作者：谭桦辛传龙郑荣中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室辽宁沈阳110016 中国科学院机器人与智能制造创新研究院辽宁沈阳110169 中国科学院大学北京100049 东方理工高等研究院浙江宁波315200

水下对接是自主水下航行器(AUV)能量补充和数据交换的关键技术,为提升对接成功率,针对拖曳式导向罩对接方法进行改进,设计了一种新型开合式接驳装置。分析该装置是否满足对接要求,本文基于机构质心位移分析和Newton-Euler动力学理论建... 详细信息

水下对接是自主水下航行器(AUV)能量补充和数据交换的关键技术,为提升对接成功率,针对拖曳式导向罩对接方法进行改进,设计了一种新型开合式接驳装置。分析该装置是否满足对接要求,本文基于机构质心位移分析和Newton-Euler动力学理论建立具有变质心特性的接驳装置水下六自由度运动模型,系绳简化为一变刚度——阻尼轻质弹簧模型,结合系绳运动和受力边界条件建立系统缆-体耦合运动模型;并使用CFD软件STARCCM+对系泊悬浮接驳系统建立动态仿真模型。通过拖曳实验验证2种方法的有效性,其中仿真结果与实验数据的相关性更好,相关性系数最高时可达0.936 7。最后利用动态仿真模型详细分析外界水流和波浪干扰以及接驳装置拖点变化、导向罩开合对接驳装置运动状态的影响,波浪幅值不宜超过0.2 m,拖曳架固定时接驳装置更有利,导向罩开合时对接驳装置的姿态角影响较小,对其位置的变化影响较大。

关键词：水下对接自主水下航行器水下接驳装置水下悬浮对接

基于动态运动基元的6自由度下肢外骨骼步态轨迹规划与控制策略

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信息与控制 2024年第1期53卷 33-46页

作者：赵佳伟朱立忠陈万鑫张弼赵新刚沈阳理工大学自动化与电气工程学院辽宁沈阳110016 中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室辽宁沈阳110016 中国科学院机器人与智能制造创新研究院辽宁沈阳110169 中国科学院大学北京100049

针对下肢刚性运行过程中的步态轨迹规划问题,提出了一种基于动态运动基元的步态轨迹在线规划方法和控制策略。首先,使用足底压力进行步态相位分割;其次,使用线性倒立摆模型确定落地点位置,再运用逆运动学规划确定各关节角度,使用动态运... 详细信息

针对下肢刚性运行过程中的步态轨迹规划问题,提出了一种基于动态运动基元的步态轨迹在线规划方法和控制策略。首先,使用足底压力进行步态相位分割;其次,使用线性倒立摆模型确定落地点位置,再运用逆运动学规划确定各关节角度,使用动态运动基元算法对以前的各个步态相位的运动轨迹进行在线学习;再次,将前面得到的关节角度作为目标终点进行实时步态轨迹规划;最后,根据生成的曲线按照控制策略对外骨骼控制。使用6自由度外骨骼对算法进行了验证,结果表明,使用所提算法可以有效根据步态相位的变换对步态轨迹进行实时在线学习和生成,同时可以保证一定程度的运动稳定性。

关键词：动态运动基元下肢外骨骼线性倒立摆模型步态轨迹规划

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基于ESO的仿蝙蝠扑翼飞行器姿态控制仿真

机械设计与制造 2024年第7期 200-203,209页

作者：李洛张峰王宏伟崔龙中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室辽宁沈阳110016 中国科学院机器人与智能制造创新研究院辽宁沈阳110016 中国科学院大学北京100049

针对仿蝙蝠扑翼飞行器的纵向气动特性不稳定、易受扰动的问题,设计了一种基于扩张状态观测器(ESO)的姿态控制方法,实现了扑翼飞行器姿态的稳定与抗干扰控制。首先建立仿蝙蝠扑翼飞行器的动力学模型;进而在该模型基础上分析了扑翼飞行器... 详细信息

针对仿蝙蝠扑翼飞行器的纵向气动特性不稳定、易受扰动的问题,设计了一种基于扩张状态观测器(ESO)的姿态控制方法,实现了扑翼飞行器姿态的稳定与抗干扰控制。首先建立仿蝙蝠扑翼飞行器的动力学模型;进而在该模型基础上分析了扑翼飞行器的纵向稳定性;然后将系统的不确定部分与各种未知的外界扰动作为系统的总扰动,引入ESO模块对总扰动进行实时观测与跟踪;最后在原有的PID控制器中加入扰动补偿环节。数值仿真结果表明,基于ESO的控制算法对于仿蝙蝠扑翼飞行器的控制效果显著优于基于PID的控制方法,阶跃响应的调节时间加快41.27%,对系统输入的白噪声干扰波动峰值从6.02%降低到2.82%,正弦扰动的波动峰值从11.56%降低到3.22%。

关键词：扑翼姿态控制扩张状态观测器

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基于时间最优的机器人位姿同步轨迹规划方法

组合机床与自动化加工技术 2024年第2期 61-65页

作者：曹钰婷王金涛刘明敏樊志伟中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室沈阳110016 中国科学院机器人与智能制造创新研究院沈阳110169 中国科学院大学北京100049 沈阳新松机器人自动化股份有限公司沈阳110168

为提高工业机器人在工作空间的运行效率,提出了一种在笛卡尔空间实现位姿同步的时间最优轨迹规划方法。该方法采用三次均匀B样条曲线对机器人末端路径点进行位姿同步的路径插值;以减小运动时间为优化目标,在满足关节运动学约束的条件下... 详细信息

为提高工业机器人在工作空间的运行效率,提出了一种在笛卡尔空间实现位姿同步的时间最优轨迹规划方法。该方法采用三次均匀B样条曲线对机器人末端路径点进行位姿同步的路径插值;以减小运动时间为优化目标,在满足关节运动学约束的条件下,采用线性规划对离散后的笛卡尔空间参数化轨迹进行逆向与正向递推,求解路径参数的相平面图。基于路径参数的相平面图,通过雅可比矩阵计算关节速度进行时间最优速度规划。针对所提方法进行实验验证,结果表明该方法在满足机器人实际运动性能的前提下达到了时间最优。

关键词：工业机器人时间最优路径插值速度规划

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桌面级协作机械臂设计与仿真分析

机械设计与制造 2024年第2期396卷 294-299页

作者：曹原贾凯杜振军徐方中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室辽宁沈阳110016 中国科学院机器人与智能制造创新研究院辽宁沈阳110169 中国科学院大学北京100049 沈阳新松机器人自动化股份有限公司辽宁沈阳110168

由于桌面级协作机器人具有低成本、小型化、模块化等特点,被广泛的应用在医疗、食品、科研、3C等行业。针对模块化关节,设计了满足强度刚度要求、额定负载为1kg的桌面级协作机器人,建立了基于CoppeliaSim与Matlab的实验仿真平台。首先... 详细信息

由于桌面级协作机器人具有低成本、小型化、模块化等特点,被广泛的应用在医疗、食品、科研、3C等行业。针对模块化关节,设计了满足强度刚度要求、额定负载为1kg的桌面级协作机器人,建立了基于CoppeliaSim与Matlab的实验仿真平台。首先利用旋量法建立了机器人正、逆运动学模型,提出了基于最小变化角为准则的位置控制算法,成功的实现了机器人的运动控制,验证了正、逆运动学求解模型的准确性。实验平台的仿真结果表明,该算法能够有效的控制机器人的运动,具有实用性。

关键词：桌面级协作机器人旋量法运动学仿真平台最小变化角

基于分数阶导纳与逆动力学鲁棒控制的并联机器人人机协作

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机器人 2024年

作者：孙德源王军义徐志刚鲍建文王志军刘慧芳沈阳工业大学机械工程学院中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室中国科学院机器人与智能制造创新研究院中国科学院沈阳自动化研究所内蒙古航天红峡化工有限公司

鉴于传统的串联机器人承载能力有限、精度不高，并联机器人的闭环结构增加了其动力学解算难度且响应速度较慢，都没法满足人机协作的要求，本文提出了一种分数阶导纳控制算法用于实现人机协作，同时提升控制系统的响应性能。设计了逆动... 详细信息

鉴于传统的串联机器人承载能力有限、精度不高，并联机器人的闭环结构增加了其动力学解算难度且响应速度较慢，都没法满足人机协作的要求，本文提出了一种分数阶导纳控制算法用于实现人机协作，同时提升控制系统的响应性能。设计了逆动力学鲁棒控制，以实现对未知交互力的鲁棒性。将所提的控制算法应用于经典的Stewart并联平台，并对并联平台的响应性能以及跟踪性能进行了多次实验与评估。结果表明，所述的方法使Stewart并联平台在负载任务最重的Z轴平移自由度上对未知交互力的响应速度平均提升51.16%，同时跟踪误差峰值平均降低了50.83%。

关键词：协作机器人并联机器人导纳控制分数阶控制鲁棒控制

面向皮肤大面积损伤修复的原位打印系统工作空间分析

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工程设计学报 2024年第4期31卷 529-537页

作者：朱慧轩崔广泽李炳南郭凯王蔚李松沈阳工业大学机械工程学院辽宁沈阳110870 中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室辽宁沈阳110016 中国科学院机器人与智能制造创新研究院辽宁沈阳110169 中国科学院大学北京100049

皮肤大面积损伤修复一直是临床上亟待解决的难题。目前,常用的修复方法主要为自体皮肤移植和伤口敷料治疗,但这些方法不能同时满足皮肤大面积修复和定制化治疗的需求。原位皮肤打印技术为皮肤大面积损伤修复提供了新思路,但现有的生物... 详细信息

皮肤大面积损伤修复一直是临床上亟待解决的难题。目前,常用的修复方法主要为自体皮肤移植和伤口敷料治疗,但这些方法不能同时满足皮肤大面积修复和定制化治疗的需求。原位皮肤打印技术为皮肤大面积损伤修复提供了新思路,但现有的生物打印设备打印范围小且打印精度低,无法实现皮肤大面积组织的随形打印。为解决上述问题,提出了一种由Stewart并联机器人、直线模组机构、打印头和三维扫描仪等组成的原位皮肤打印系统。其中,Stewart并联机器人的重复定位精度高且累积误差小,其作为打印驱动装置可实现高精度的皮肤原位打印;Stewart并联机器人具有6个自由度,可在三维空间中实时调整打印角度,使得生物墨水能够沿皮肤曲面完整地覆盖在皮肤损伤处,有利于伤口修复。为分析所设计原位皮肤打印系统的可行性,通过数值法计算并联机器人的工作空间,得到了原位皮肤打印系统的工作范围,并通过打印实验进行了验证。实验结果表明,并联机器人可按照指定路径运行,打印头在打印过程中可稳定喷射生物墨水;原位皮肤打印系统的工作范围与并联机器人的工作空间基本吻合,可满足皮肤大面积损伤修复的需求。研究结果为后续的皮肤大面积修复动物实验奠定了理论基础。

关键词：皮肤大面积损伤修复原位皮肤打印技术并联机器人工作空间

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基于SPA-SVR模型的LIBS铁精矿矿浆中铁品位的在线测量

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量子电子学报 2024年第3期41卷 533-542页

作者：张奇张占胜陈彤张鹏齐立峰孙兰香沈阳化工大学辽宁沈阳110142 中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室辽宁沈阳110016 中国科学院网络化控制系统重点实验室辽宁沈阳110016 中国科学院机器人与智能制造创新研究院辽宁沈阳110169 辽宁辽河实验室辽宁沈阳110169 中国科学院大学北京100049

浮选是选矿过程中的重要一步,浮选过程中矿浆品位是选矿工艺需要实时掌握的重要指标。实验室开发了基于激光诱导击穿光谱的在线矿浆成分分析仪SIA-LIBSlurry,可以通过采集光谱数据对浮选过程中矿浆的各元素含量进行实时测量。但铁矿浆... 详细信息

浮选是选矿过程中的重要一步,浮选过程中矿浆品位是选矿工艺需要实时掌握的重要指标。实验室开发了基于激光诱导击穿光谱的在线矿浆成分分析仪SIA-LIBSlurry,可以通过采集光谱数据对浮选过程中矿浆的各元素含量进行实时测量。但铁矿浆光谱数据维度较高,数据间强烈的多重共线性和非线性问题增加了建模的复杂度。为了解决该问题,本工作比较了两种变量选择算法:竞争性自适应重加权算法(CARS)和连续投影算法(SPA),并结合支持向量机回归(SVR)建立定量分析模型。研究结果表明:全谱6116个变量建立的SVR模型精度较低,预测均方根误差为1.45%;CARS筛选出的231个变量建立的CARS-SVR模型的预测能力有所提高,预测均方根误差为1.09%;SPA筛选出的12个变量建模,SPA-SVR模型取得了最佳预测效果,预测均方根误差降到了0.97%。说明SPA-SVR模型具有较高的预测准确率,有助于提高SIA-LIBSlurry分析仪在线监测的准确性。

关键词：光谱学激光诱导击穿光谱铁矿浆特征筛选支持向量机铁品位

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