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动态束源和电磁参数下高压电子枪聚焦特性

中国机械工程 2023年第15期34卷 1789-1796页

作者：李胜波宋野邱宇帆符升平 SHUTIN Denis 常家玮白凤民厦门理工学院机械与汽车工程学院厦门361024 集美大学海洋装备与机械工程学院厦门361021 奥廖尔国立大学机械电子及机器人系奥廖尔俄罗斯302026 河北志成束源科技有限公司廊坊065399

以国产ZD-VEBW系列高压电子枪为研究对象,通过理论分析电子枪轴上电位与束腰和束斑直径之间的映射关系以及带电粒子经过聚焦线圈时的运动轨迹,借助于CST仿真平台,构建了电子枪仿真模型。仿真得到了电子束束斑直径在不同静电聚焦结构参... 详细信息

以国产ZD-VEBW系列高压电子枪为研究对象,通过理论分析电子枪轴上电位与束腰和束斑直径之间的映射关系以及带电粒子经过聚焦线圈时的运动轨迹,借助于CST仿真平台,构建了电子枪仿真模型。仿真得到了电子束束斑直径在不同静电聚焦结构参数下的变化规律,依据此规律设计了不同孔径的偏压杯、阳极,构建了电子束焊接试验平台;动态调整阴阳极距离和束源参数,进行了电子束焊接的单参数以及正交试验的研究。结果表明:阴阳极距离的增加会导致束斑直径增加,偏压杯孔径的增加会导致束斑直径的减小,阳极孔径对束斑直径的影响存在最优参数,聚焦电流的增加会导致束斑直径的减小;阴阳极距离取28.40 mm、偏压杯孔径取6.00 mm、阳极孔径取10.00 mm时,能够显著提高试验型号设备同功率下电子束焊缝的深宽比,有效提高国产化ZD-VEBW系列高压电子枪的焊接性能,验证了理论和仿真分析的正确性。

关键词：电子枪束源参数聚焦特性焊缝深宽比束斑直径

度量区间时序逻辑下四旋翼的集成任务与运动规划（英文）

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控制理论与应用 2019年第11期36卷 1952-1964页

作者：蓝梦露赖叔朋陈本美新加坡国立大学综合科学与工程研究生院新加坡117583 新加坡国立大学电子工程系新加坡117573 香港中文大学机械及自动化工程系中国香港

本文采用优化方法解决度量区间时序逻辑下进行四旋翼的集成任务与运动规划问题.传统方法通常将任务约束和运动约束分层处理.由于不同规划层所使用的抽象模型并不完全匹配,任务规划层求解出的高层策略往往无法有效地被低层的运动规划层执... 详细信息

本文采用优化方法解决度量区间时序逻辑下进行四旋翼的集成任务与运动规划问题.传统方法通常将任务约束和运动约束分层处理.由于不同规划层所使用的抽象模型并不完全匹配,任务规划层求解出的高层策略往往无法有效地被低层的运动规划层执行,从而只能找到次优的运动轨迹甚至找不到解.本文摒弃分层规划的策略,采用B样条拟合运动轨迹,将问题转化问一个混合整数线性规划问题,直接在同一层处理带有时序逻辑的任务约束以及运动约束.与其他现有方法对比,本文的方法保证了连续时间下的轨迹也可以完全满足所有约束条件,而非只有离散的轨迹点才可以满足.用四旋翼模型进行了一系列仿真验证,仿真结果表明了方法的有效性.

关键词：任务与运动规划时序逻辑 B样条

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行为机构学与高端装备创新设计

机械工程学报 2023年第19期59卷 202-212页

作者：刘辛军于靖军谢福贵赵慧婵孟齐志清华大学机械工程系北京航空航天大学机器人研究所

近年来，科技的迅猛发展对高端装备以及各类机器的环境适应性、交互能力等提出了更高要求，一类新的机构学研究方向——基于“交互特性”的行为机构学研究呼之欲出且迫在眉睫。在尝试阐述行为机构学内涵的基础上，重点展望行为机构学的... 详细信息

近年来，科技的迅猛发展对高端装备以及各类机器的环境适应性、交互能力等提出了更高要求，一类新的机构学研究方向——基于“交互特性”的行为机构学研究呼之欲出且迫在眉睫。在尝试阐述行为机构学内涵的基础上，重点展望行为机构学的6个重点研究方向和两大核心科学问题，其中重点研究方向包括机构与机器的行为学基础与表征方法、适应性机构学理论、超材料/超结构、面向群体/群智行为的机构综合理论与技术、人-机器人共融的机构学基础、面向性能保障与增强的其他行为机构学基础等。通过对航空航天领域复杂加工、太空深海探测等几个典型应用场景的示例枚举，展现行为机构学研究潜在重要的科学与工程价值，行为机构学对高端装备的创新设计和应用可起到重要支撑作用。

关键词：行为机构学仿生机构共融机器人创新设计

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可重构立方体机构的设计与运动模式分析

机械工程学报 2020年第13期56卷 120-127页

作者：郝艳玲李锐明孙学敏姚燕安北京交通大学机械及电子控制工程学院北京100044 北京航空航天大学机器人研究所北京100083

随着航空航天技术的飞速发展,大型空间折展机构的功能需求越来越多样化,具有多种展开模式的可重构可展机构应运而生。以可展立方体机构作为研究对象,介绍了其机构组成以及分层构造方法。通过分析立方体机构的相邻面单元间约束,绘制了面... 详细信息

随着航空航天技术的飞速发展,大型空间折展机构的功能需求越来越多样化,具有多种展开模式的可重构可展机构应运而生。以可展立方体机构作为研究对象,介绍了其机构组成以及分层构造方法。通过分析立方体机构的相邻面单元间约束,绘制了面单元的机构简图,得到了面单元在正方形和长方形外轮廓下的几何约束条件。分析了三个相邻面单元的耦合运动情况,得到了三个面的可能运动模式,并在此基础上得到了立方体机构的可能运动模式。通过顶点连接、边连接、面连接,得到了两个立方体机构的组合机构,并开展了各种连接条件下的多模式分析。最后通过制作原理模型样机,搭建了边连接和面连接的立方体组合机构的典型构型,验证了理论分析的正确性。

关键词：可重构机构可展机构立方体约束条件运动模式

基于差动轮系的变刚度执行器及变刚度柔性手爪

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机械工程学报 2023年第1期59卷 91-102页

作者：龙奕琳王彬峦金弘哲徐威铭赵杰哈尔滨工业大学机器人研究所哈尔滨150000 哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150000

结合差动轮系和杠杆原理设计了一种调刚范围从0~+∞的变刚度执行器,并完成了其结构优化设计和调刚能耗优化设计。该变刚度执行器具有变刚度范围大,调刚能耗需求低,占用空间小,易控制,响应速度快,可靠性强,技术实现可行性高等优点,具有... 详细信息

结合差动轮系和杠杆原理设计了一种调刚范围从0~+∞的变刚度执行器,并完成了其结构优化设计和调刚能耗优化设计。该变刚度执行器具有变刚度范围大,调刚能耗需求低,占用空间小,易控制,响应速度快,可靠性强,技术实现可行性高等优点,具有一定的实际应用意义。在此基础上设计了一款欠驱动变刚度柔性手爪,将变刚度执行器作为手爪关节的驱动单元,通过调节变刚度执行器的刚度来改变手爪的刚度。最后,搭建了变刚度柔性手爪的硬件平台,对变刚度执行器进行了刚度测量,验证了所设计的变刚度执行器在进行刚度调节上的可行性。进行了变刚度柔性手爪的力控制实验,成功实现了对柔软物体的抓取。对变刚度柔性手爪的单指进行了性能分析,并验证了手指刚度与变刚度执行器刚度呈正相关关系,完成了变刚度柔性手爪性能实验验证。

关键词：变刚度执行器差动轮系柔性手爪手爪刚度欠驱动

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新型大转角2T2R并联机构的设计与分析

北京航空航天大学学报 2020年第3期46卷 465-473页

作者：房海蓉李壮壮北京交通大学机械与电子控制工程学院机器人研究中心北京100044

针对大尺寸细长结构部件的加工需求,提出了一种新型五自由度混联机器人,并对机器人中新型大转角2T2R并联机构模块进行了研究分析。首先,应用螺旋理论计算出了2-UPS&(2-RPR)R并联机构的自由度,并应用修正的G-K公式进行了验证;其次,应用... 详细信息

针对大尺寸细长结构部件的加工需求,提出了一种新型五自由度混联机器人,并对机器人中新型大转角2T2R并联机构模块进行了研究分析。首先,应用螺旋理论计算出了2-UPS&(2-RPR)R并联机构的自由度,并应用修正的G-K公式进行了验证;其次,应用封闭矢量方程对机构进行了运动学分析,建立了运动学正反解模型,并计算出了雅可比矩阵;然后,利用机构的约束条件,绘制了机构的工作空间;然后,应用线速度各向同性指标和角速度各向同性指标对机构的灵巧性进行了分析;最后,通过给定轨迹进行运动学仿真。通过分析,验证了该机构的可行性和实用价值,为新型五自由度混联机器人的应用奠定了基础。

关键词：混联机构大转角运动学分析工作空间仿真

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一种含闭环支链的新型并联机构设计与分析

北京航空航天大学学报 2019年第3期45卷 454-463页

作者：房海蓉王立张海强杨会北京交通大学机械与电子控制工程学院机器人研究中心北京100044

为满足航天飞行器壳体套装过程中位姿调整机构刚度大、精度高的要求,对传统的支链结构进行有针对性的改进,设计了一种支链为闭环结构的新型5-U(RRP)S/(8U)PU并联机构,并进行了分析研究。应用螺旋理论计算机构的自由度;建立封闭矢量方程... 详细信息

为满足航天飞行器壳体套装过程中位姿调整机构刚度大、精度高的要求,对传统的支链结构进行有针对性的改进,设计了一种支链为闭环结构的新型5-U(RRP)S/(8U)PU并联机构,并进行了分析研究。应用螺旋理论计算机构的自由度;建立封闭矢量方程,进行运动学正反解;应用螺旋理论求解机构的全雅可比矩阵;利用杆长约束条件绘制机构的定姿态工作空间;通过求解静刚度矩阵分析机构的刚度随位姿的变化情况;利用软件进行仿真,并与一般机构进行对比。通过分析,验证了该机构的可行性和实际应用价值,为实现航天飞行器壳体套装的自动化奠定基础。

关键词：并联机构闭环结构大刚度高精度运动学分析

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多机器人组合最大覆盖面积寻优及预测方法

系统仿真学报 2022年第1期34卷 86-92页

作者：王语童马世伟杨元睿陈超宇上海大学机电工程与自动化学院上海200444 新加坡国立大学机械工程系新加坡117576

针对多机器人协同情况下最大覆盖面积的最优控制问题,提出了一种遵循叠加原则和强度径向衰减圆盘模型的多机器人组合有效覆盖面积估计、寻优、预测方法。使用蒙特卡罗法对机器人组合的有效覆盖面积值进行估算;使用多种群遗传算法得出组... 详细信息

针对多机器人协同情况下最大覆盖面积的最优控制问题,提出了一种遵循叠加原则和强度径向衰减圆盘模型的多机器人组合有效覆盖面积估计、寻优、预测方法。使用蒙特卡罗法对机器人组合的有效覆盖面积值进行估算;使用多种群遗传算法得出组合的最大有效覆盖面积;使用支持向量回归机预测机器人个数与最大有效覆盖面积之间的关系。针对寻优以及预测结果进行了仿真实验,结果表明:在目标函数复杂和训练样本数少的情况下该方法具有良好的寻优和预测性能。

关键词：多机器人协同覆盖面积多种群遗传算法径向衰减圆盘模型

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爬壁机器人磁吸附组件优化设计与试验研究

浙江大学学报（工学版） 2018年第10期52卷 1837-1844页

作者：宋伟姜红建王滔高振飞杜镇韬朱世强浙江大学海洋电子与机器人研究所浙江舟山316021

针对工业生产需求,以安全吸附和灵活行走为设计目标,提出可吸附在钢制结构物壁面作业的爬壁机器人.阐述爬壁机器人机械结构及相关的工作原理,分别论述磁吸附爬壁轮、清洗回收组件等子系统的结构原理;为了防止机器人发生滑移、倾覆,分析... 详细信息

针对工业生产需求,以安全吸附和灵活行走为设计目标,提出可吸附在钢制结构物壁面作业的爬壁机器人.阐述爬壁机器人机械结构及相关的工作原理,分别论述磁吸附爬壁轮、清洗回收组件等子系统的结构原理;为了防止机器人发生滑移、倾覆,分析爬壁机器人不同的失稳形式,建立爬壁机器人的静力学模型,得到爬壁机器人抗失稳的磁吸附力;为了确保磁吸附组件的质量最小、磁吸附力最大,通过引入磁质比,分析结构参数对磁吸附组件性能的影响,得到最优的结构尺寸.通过实验获取磁吸附组件的吸力特性和爬壁机器人的负载、运动特性,验证磁吸附组件优化设计的可行性.

关键词：爬壁机器人磁吸附优化设计磁质比