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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形盘磨削接触力建模

表面技术 2024年

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长三角哈特机器人产业技术研究院哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室埃夫特智能装备股份有限公司芜湖哈特机器人产业技术研究院有限公司安徽工程大学计算机与信息学院

目的为表征具有尖端小、比压大廓形特征的机器人异形盘磨削接触力，针对异形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薄板挠曲形变和橡胶板弹性形变的机器人异形盘磨削接触力建模方法。方法首先，基于弹性薄板弯曲理... 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形盘磨削接触力，针对异形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薄板挠曲形变和橡胶板弹性形变的机器人异形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形盘法向进给位移数值形式反函数模型。最后，搭建机器人异形盘磨削实验平台，分别开展一种平面与三种曲率曲面工件的机器人异形盘接触力模型验证实验和一种侧曲面圆台铸铁工件的机器人异形盘磨削一致性验证实验。结果机器人异形盘接触力模型验证实验结果表明，在盘倾角较大时，能够较为准确地预测接触力。机器人异形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，三条磨削路径的磨削深度平均值分别为0.0663mm、0.0632mm和0.0645mm，最大偏差分别为0.0139mm、0.0090mm和0.0108mm，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。结论所提方法考虑异形盘廓型特征，将工件表面曲率、盘倾角、廓形参数和异形盘尺寸等参数包含在磨削接触力模型，并描述了磨削接触力与异形盘法向进给位移的数值形式反函数关系，能够度量异形盘磨削作业接触区域和解释磨削接触力影响因素，可为机器人异形盘的高效率、高质量恒定接触力磨削提供理论依据。

关键词：接触力建模异形盘磨削挠曲形变弹性形变机器人磨削

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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

一种考虑弱刚性关节传动链结构和柔性杆结构的机器人刚度辨识方法

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中国机械工程 2024年

作者：郭万金李儒王利斌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长三角哈特机器人产业技术研究院埃夫特智能装备股份有限公司哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室

为解决含有弱刚性关节传动链结构和柔性杆结构的3T2R型高灵巧性机器人的刚度辨识问题，提出一种考虑弱刚性关节传动链结构和柔性杆结构的机器人刚度辨识方法，研究弱刚性关节传动链结构和柔性杆结构对机器人末端变形的影响，辨识机器人... 详细信息

为解决含有弱刚性关节传动链结构和柔性杆结构的3T2R型高灵巧性机器人的刚度辨识问题，提出一种考虑弱刚性关节传动链结构和柔性杆结构的机器人刚度辨识方法，研究弱刚性关节传动链结构和柔性杆结构对机器人末端变形的影响，辨识机器人各关节刚度。首先，分析机器人紧凑性和经济性复合式构型设计的结构特点及作业姿态调整高灵巧性的运动特点，构建机器人雅可比矩阵，并建立机器人末端变形模型，分析机器人弱刚性关节传动链结构和柔性杆结构对机器人末端变形的影响；其次，考虑机器人弱刚性关节传动链结构和柔性杆结构的共同作用影响及机器人弱刚性大变形的结构特征，进行机器人关节刚度辨识，并对移动关节3进行变刚度建模；最后，设计开展实验验证所提机器人刚度辨识方法的有效性。实验结果表明，所提刚度辨识方法比常规刚度辨识方法所辨识出的机器人关节3、关节4和关节5的刚度分别增大了146.59%、30.18%和36.07 %；在所选6组机器人位姿处末端综合变形实测值和理论计算值的误差率为4%～6％，验证所提刚度辨识方法能够有效辨识机器人各关节刚度。

关键词：刚度辨识弱刚性关节传动链柔性杆机器人末端变形高灵巧性机器人

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一种新型数控AC转台的结构设计研究

机械工程与自动化 2024年第5期 134-135页

作者：董志强哈工大机器人(中山)无人装备与人工智能研究院

介绍了一种新型数控AC双转台的结构与工作原理，仿真验证了关键部件的应用参数，通过产品应用证明了该结构设计的实际效果，有效解决了产业面临的问题。

关键词：数控AC双转台结构设计应用

高光谱成像的黄瓜病虫害识别和特征波长提取方法

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光谱学与光谱分析 2024年第2期44卷 301-309页

作者：李杨李翠玲王秀范鹏飞李余康翟长远江苏大学农业工程学院江苏镇江212013 北京市农林科学院智能装备技术研究中心北京100097 国家农业智能装备工程技术研究中心北京100097

黄瓜霜霉病和斑潜蝇是制约黄瓜产业发展的严重病虫害。为实现黄瓜病虫害快速在线识别,采用高光谱成像和机器学习研究快速识别黄瓜霜霉病和斑潜蝇虫害的方法,为开发实用的基于多光谱成像的黄瓜病虫害快速识别设备奠定基础。使用高光谱成... 详细信息

黄瓜霜霉病和斑潜蝇是制约黄瓜产业发展的严重病虫害。为实现黄瓜病虫害快速在线识别,采用高光谱成像和机器学习研究快速识别黄瓜霜霉病和斑潜蝇虫害的方法,为开发实用的基于多光谱成像的黄瓜病虫害快速识别设备奠定基础。使用高光谱成像系统采集黄瓜无症状叶片、霜霉病叶片、斑潜蝇虫害叶片的高光谱图像,在病斑区域选择若干个感兴趣区域(ROI),计算每个ROI的平均反射率数据作为叶片原始光谱数据。使用Kennard-Stone算法将光谱数据按照3∶1的比例划分为训练集和测试集。使用直接正交信号校正(DOSC)、多元散射校正(MSC)、移动窗口平均平滑(MA)3种方法对原始光谱数据进行预处理。采用空间迭代收缩法(VISSA)、竞争性自适应重加权算法(CARS)、迭代保留信息变量法(IRIV)、随机蛙跳算法(SFLA)对MA预处理后的光谱数据进行特征波长提取,分别提取出53、20、26、10个特征波长。然后使用连续投影算法(SPA)分别对特征波长光谱数据进行二次降维,最终VISSA-SPA提取的特征波长为455、536、615和726 nm;CARS-SPA提取的特征波长为452、501、548和578 nm;IRIV-SPA提取的特征波长为452、513、543和553 nm;SFLA-SPA提取的特征波长为462、484、500和550 nm。分别对全波段光谱数据、一次降维光谱数据、二次降维光谱数据进行支持向量机(SVM)、Elman神经网络、随机森林(RF)建模,结果表明,MA预处理后的全波段光谱数据所建模型识别效果最好,其中MA-RF模型测试集总分类精度(OA)达到97.89%,Kappa系数为0.97。采用一次降维光谱数据所建模型中,MA-VISSA-RF模型效果最好,测试集OA为98.19%,Kappa系数为0.97。采用二次降维光谱数据所建模型中,MA-IRIV-SPA-SVM模型效果最好,测试集OA为96.23%,Kappa系数为0.95。研究结果表明,使用高光谱成像技术识别黄瓜霜霉病和斑潜蝇虫害具有良好的效果,452、513、543和553 nm可以作为识别黄瓜霜霉病和斑潜蝇虫害的特征波长,为开发黄瓜病虫害快速识别设备提供了理论依据。

关键词：高光谱成像机器学习特征波长霜霉病斑潜蝇虫害

基于有界分类器的深度学习青铜器年代鉴别方法

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激光与光电子学进展 2024年第8期61卷 192-200页

作者：李佰强潘光绪李天倩朱冬白露阳小明刘培刚文坤强西华大学电气与电子信息学院四川成都610036 民航成都电子技术有限责任公司四川成都610041 成都川哈工机器人及智能装备产业技术研究院有限公司四川成都610041 成都文物考古研究院文物考古工作队四川成都610031

针对古青铜器年代鉴别任务需要大量的相关史料、鉴别耗时长以及主观性强等问题,提出一种新思路用于辅助考古专家对古青铜器进行分析和年代鉴别。所提方法在图像分类预训练权重的基础上应用深度学习方法对古青铜器进行年代鉴别:首先,通... 详细信息

针对古青铜器年代鉴别任务需要大量的相关史料、鉴别耗时长以及主观性强等问题,提出一种新思路用于辅助考古专家对古青铜器进行分析和年代鉴别。所提方法在图像分类预训练权重的基础上应用深度学习方法对古青铜器进行年代鉴别:首先,通过大量的基础实验,在较为有代表性的4种网络模型中选出鉴别结果较好的EfficientNetV2-L作为基线模型;接下来,使用EfficientNetV2-L对古青铜器数据集进行特征提取;然后,将原有的线性分类层替换为cosin_classifier,减小方差带来的风险,提高模型鉴别能力;最后,引入Focal损失函数替换原有的交叉熵损失函数进行损失计算,在聚焦因子(focusing parameter)和加权因子(class weighting)作用下有效地改善样本数量较少类别所导致的模型学习效果较差的问题。所提方法较原始EfficientNetV2-L在准确率、精确率、召回率、F1分数和曲线下面积等指标上提高4.1百分点、4.0百分点、4.1百分点、4.2百分点和0.9百分点,在测试集上取得91.7%的最优准确率。在此基础上,还对分期有争议的青铜器进行了模型预测分析。结果表明,深度学习技术在古青铜器数据集年代鉴别任务上是有效的,可提供参考分析数据,减轻考古专家的工作强度。

关键词：图像处理深度学习青铜器 EfficientNetV2 年代鉴别

轮毂窗口毛刺机器人打磨刀路规划与工具姿态优化

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中国机械工程 2024年

作者：郭万金孙浩利乾辉田玉祥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长三角哈特机器人产业技术研究院埃夫特智能装备股份有限公司哈尔滨工业大学机电工程学院

为解决机器人在打磨去除轮毂窗口边缘毛刺时存在刀位点稀疏或冗余与分布不均、作业工具姿态获取困难和变化剧烈等问题，提出一种含有刀位点规划和工具姿态获取与优化的轮毂窗口毛刺机器人打磨路径规划方法。首先，提出一种机器人刀位点... 详细信息

为解决机器人在打磨去除轮毂窗口边缘毛刺时存在刀位点稀疏或冗余与分布不均、作业工具姿态获取困难和变化剧烈等问题，提出一种含有刀位点规划和工具姿态获取与优化的轮毂窗口毛刺机器人打磨路径规划方法。首先，提出一种机器人刀位点规划方法，采用NURBS曲线形态特征参数描述轮毂窗口边缘曲线，开展轮毂窗口边缘机器人刀位点规划。其次，提出一种考虑轮毂点云和窗口表面特征的轮毂窗口内侧面法向量获取方法，并建立刀位点处局部坐标系，描述机器人工具姿态。再次，建立机器人末端工具姿态优化模型并优化求解，获得连续平滑的轮毂窗口机器人末端工具姿态。最后，开展轮毂窗口边缘毛刺机器人打磨实验，验证所提轮毂窗口毛刺机器人打磨路径规划方法的有效性。结果表明，在轮毂窗口毛刺打磨去除过程中，机器人关节角曲线相较平滑，机器人可以精准到达所规划的刀位点且其末端工具有效接触窗口边缘并保持适宜的加工姿态；经毛刺打磨后的不同轮毂窗口边缘倒角最大不超过1.50 mm，多处不同位置倒角测量的最大平均值为0.64 mm，均在工艺规范规定范围内，毛刺去除效果与打磨均匀性较好。

关键词：机器人打磨刀路规划刀位点规划工具姿态优化轮毂窗口

基于内在奖励策略引导的自适应近端蒸馏进化强化学习算法的变速箱装配线AGV路径规划

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计算机集成制造系统 2024年

作者：王宸孙楠邹春龙黄玉春王生怀湖北汽车工业学院机械工程学院上海大学上海市智能制造与机器人重点实验室中国工程科技十堰产业技术研究院

针对自动引导运输车(Automated Guided Vehicle， AGV)面对混合U型障碍与动态障碍时，路径规划效率低等问题。提出一种基于内在奖励策略引导的自适应近端蒸馏进化强化学习算法(Adaptive proximal distillation evolutionary reinforceme... 详细信息

针对自动引导运输车(Automated Guided Vehicle， AGV)面对混合U型障碍与动态障碍时，路径规划效率低等问题。提出一种基于内在奖励策略引导的自适应近端蒸馏进化强化学习算法(Adaptive proximal distillation evolutionary reinforcement learning algorithm guided by intrinsic reward policy， IRPA-PDERL)。首先，在适应度函数中引入随机网络蒸馏模型作为内在奖励，提升算法评估精英策略的多样性。其次，设计自适应内在奖励权重因子α，平衡算法探索与利用的能力，帮助AGV在不确定性强的动态障碍环境中选择最优策略。变异算子的协方差参数通过协方差矩阵自适应进化策略优化，参数的敏感程度降低。通过与多种算法分别在三种不同的环境进行对比，实验结果表明，改进后的算法在U型分装线，动态障碍，变速箱装配线环境中路径分别减少12.65%，13.44%和12.87%，相较于原始算法收敛速度更快，在复杂环境中具有较强的鲁棒性。

关键词： U型障碍进化强化学习内在奖励自适应奖励权重路径规划