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新型SSRMS构型可重构空间机械臂的运动学奇异性分析

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机械工程学报 2024年第5期60卷 19-35页

作者：赵智远杨晓航徐梓淳李云涛汤家文赵京东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150001 中国工程物理研究院机械制造工艺研究所绵阳621999

大型化、多样化和高精度化的在轨建造任务日趋增多,对舱外作业空间机械臂的能力提出了新的需求。传统SSRMS构型空间机械臂虽然被广泛地应用于在轨服务,但是其具有针对于特定任务设计的结构特点,限制了单个机械臂执行不同种类任务的能力... 详细信息

大型化、多样化和高精度化的在轨建造任务日趋增多,对舱外作业空间机械臂的能力提出了新的需求。传统SSRMS构型空间机械臂虽然被广泛地应用于在轨服务,但是其具有针对于特定任务设计的结构特点,限制了单个机械臂执行不同种类任务的能力,难以适应未来在轨任务复杂化发展的应用需求。为此,提出了一种新型的具有两个被动式伸缩臂杆的SSRMS构型可重构空间机械臂,并对其运动学奇异性进行了深入分析。首先,通过介绍新型机械臂的结构特点及可重构原理,总结了此类机械臂的工作性能优点,证明了其具备在未来的复杂在轨任务中扮演重要角色的潜力。然后,建立了新型机械臂分别在自由空间操作和重构操作时的微分运动学方程,通过对微分逆运动学方程的分析确定出了包含运动学奇异条件的雅可比矩阵。接着,提出了一种简单可靠的运动学奇异性分析方法,在雅可比矩阵中求解得到了新型机械臂的全部运动学奇异条件。最后,以新型机械臂为例进行了实验验证,结果表明:奇异条件不仅能够正确的确定出新型机械臂的奇异位形,而且在机械臂执行操作任务时可作为先验条件指导机械臂的避奇异运动控制,为操作任务的可靠执行提供了有力保障。

关键词：空间机械臂可重构机械臂被动式伸缩臂杆微分运动学奇异性分析

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基于通用有理多项式模型的伽马非线性自补偿

激光与光电子学进展 2024年第12期61卷 93-103页

作者：薛晓梅孙丽君陈天飞范鹏翔河南工业大学粮食信息处理与控制教育部重点实验室河南郑州450001 河南工业大学郑州市机器感知与智能系统重点实验室河南郑州450001 河南工业大学信息科学与工程学院河南郑州450001

为减小数字相移条纹投影系统中非线性响应引起的相位误差,提出了一种基于通用有理多项式模型的自补偿方法。该方法首先利用多项式来建模投影仪的未知非线性,然后建立相位误差函数。其次,利用离群检测算法剔除偏离点,并利用优化函数多次... 详细信息

为减小数字相移条纹投影系统中非线性响应引起的相位误差,提出了一种基于通用有理多项式模型的自补偿方法。该方法首先利用多项式来建模投影仪的未知非线性,然后建立相位误差函数。其次,利用离群检测算法剔除偏离点,并利用优化函数多次迭代求解出误差函数中的相位误差系数。最后,将含有误差的相位代入到相位误差函数中,通过不动点迭代运算对相位误差进行逐点修正。实验结果表明,上述自补偿方法易于实现且不需要预先校准,在无须提前标定数据条件下,可以有效减小数字相移条纹投影过程中的非线性误差,有助于提高系统的测量精度和测量效率。

关键词：数字相移条纹投影有理多项式误差模型相位误差补偿非线性响应

基于深度表征学习和遗传算法的军用座舱色彩设计方法

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兵工学报 2024年第4期45卷 1060-1069页

作者：苏胜顾森宋志强刘萍西安工业大学艺术与传媒学院陕西西安710021 河南工业大学机电工程学院河南郑州450001 河南工业大学河南省工业设计研究院河南郑州450001 西安翻译学院艺术与设计学院陕西西安710105

军用座舱色彩设计作为载人军事设备工业设计中较为主观的一部分,设计的合理性至关重要。为提高军用座舱色彩设计的科学性,提出一种基于深度表征学习和遗传算法的军用座舱配色方法。利用深度表征学习模型预测军用座舱配色方案,并根据色... 详细信息

军用座舱色彩设计作为载人军事设备工业设计中较为主观的一部分,设计的合理性至关重要。为提高军用座舱色彩设计的科学性,提出一种基于深度表征学习和遗传算法的军用座舱配色方法。利用深度表征学习模型预测军用座舱配色方案,并根据色彩感知理论建立军用座舱配色模型,将其作为生成方案的限制条件。同时,引入交互式遗传算法到智能配色系统中,通过人工引导的方式优化神经网络的参数,对预测的配色方案进行有效迭代。实验结果表明:该方法生成的配色方案符合军用座舱配色模型,结合遗传算法的模型预测准确率比单一的深度表征模型提高了16%~18%。相较于人工色彩设计方案,军用座舱智能配色方法生成的方案满意度略优、设计周期缩短了80%~88%,色彩稳定性提高了6%~12%。

关键词：军用座舱配色深度表征学习交互式遗传算法色彩感知

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硅掺杂石榴石型Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)固体电解质的制备及性能表征

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中国稀土学报 2024年第3期42卷 503-508页

作者：黄晓东王庆伟刘萌金广辉河南工业大学材料科学与工程学院河南郑州450001

石榴石型固体电解质Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)因为具有高的锂离子电导率、宽的化学窗口和良好的锂金属稳定性而被广泛研究。为进一步提高其电化学性能,得到稳定立方相结构,本文采用高温固相法制备出Si掺杂LLZO(Li_(7)La_(3)Zr_(2-... 详细信息

石榴石型固体电解质Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)因为具有高的锂离子电导率、宽的化学窗口和良好的锂金属稳定性而被广泛研究。为进一步提高其电化学性能,得到稳定立方相结构,本文采用高温固相法制备出Si掺杂LLZO(Li_(7)La_(3)Zr_(2-x)Si_(x)O_(12))固体电解质。探究了Si掺杂量x对烧结陶瓷片的物相组成、晶体结构、微观形貌、相对密度、锂离子电导率和电导活化能的影响。结果表明,随着Si掺杂量x的增加,Li_(7)La_(3)Zr_(2-x)Si_(x)O_(12)烧结陶瓷片的气孔减少,相对密度增加,锂离子电导率随着Si掺杂量x的增加呈现出先上升后下降的趋势。当Si掺杂量x=0.24时,Li_(7)La_(3)Zr_(2-x)Si_(x)O_(12)烧结陶瓷片的锂离子电导率达到了最大值4.86×10^(-4)S·cm^(-1),电导活化能达到了最低值为0.32 eV。

关键词：固体电解质 Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12) 锂离子电导率 Si掺杂

CeO_(2)-ZrO_(2)纳米复合粉体的原位自组装法制备及表征

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中国稀土学报 2024年第3期42卷 509-514页

作者：宋志健刘世凯王嘉琳韩碧波孙亚光河南工业大学材料科学与工程学院河南郑州450001

针对氧化锆纳米复合材料组分分布不均和高温处理时晶粒异常长大等问题,本研究采用原位自组装法制备了CeO_(2)-ZrO_(2)纳米复合粉体,研究了CeO_(2)的添加量、不同分散剂以及煅烧条件对ZrO_(2)粉体的相含量及微观形貌的影响。研究结果表明... 详细信息

针对氧化锆纳米复合材料组分分布不均和高温处理时晶粒异常长大等问题,本研究采用原位自组装法制备了CeO_(2)-ZrO_(2)纳米复合粉体,研究了CeO_(2)的添加量、不同分散剂以及煅烧条件对ZrO_(2)粉体的相含量及微观形貌的影响。研究结果表明:在真空条件下煅烧,以聚醚P123作为分散剂、含有10%CeO_(2)的ZrO_(2)粉体对氧化锆四方相实现了全稳,并且其分散性良好,粒径为50~100 nm。真空煅烧中形成的碳可以有效防止CeO_(2)-ZrO_(2)纳米颗粒的异常长大。本文成果可望为高质量陶瓷纳米复合粉体的制备提供支持,具有广阔的应用前景。

关键词：原位自组装法相稳定 CeO_(2)-ZrO_(2) 纳米复合粉体

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柑橘纤维对面团特性及面包品质的影响

食品与发酵工业 2024年第2期50卷 48-56页

作者：黄梦凡温纪平展小彬河南工业大学粮油食品学院河南郑州450001 河南工业大学小麦理论与技术研究所河南郑州450001 国家小麦加工技术研发专业中心河南郑州450001

该研究在精制小麦粉中添加柑橘纤维,以研究其对面团特性及面包品质的作用机制。结果表明,柑橘纤维中可溶性膳食纤维、维生素E、钙、铁、钠等生物活性物质含量高于面粉,且通过傅立叶红外光谱及X-射线衍射可知,柑橘纤维与面粉在物质结构... 详细信息

该研究在精制小麦粉中添加柑橘纤维,以研究其对面团特性及面包品质的作用机制。结果表明,柑橘纤维中可溶性膳食纤维、维生素E、钙、铁、钠等生物活性物质含量高于面粉,且通过傅立叶红外光谱及X-射线衍射可知,柑橘纤维与面粉在物质结构上的差异性一定程度改变了混合粉面团特性和面包品质。柑橘纤维添加量的增加导致混合粉溶剂保持力下降,面筋蛋白总体性能降低;面团黏度的增加使操作机械力增大,不利于面团加工成型;衰减值、弱化度增加,粉质质量指数下降、稳定时间缩短,混合粉质量变差;最大拉伸阻力及拉伸比例增加,面团操作性能降低;发酵高度、产气量及持气量减少,面筋-淀粉基质遭到破坏,导致面包发酵体积减小;黏弹性模量增加,混合面团类固体状行为的趋势增加,面团基质硬度增加。总之,面团粉质特性、拉伸特性、发酵特性及动态流变学特性的改变造成了混合粉面包比容下降,颜色变深,食用品质下降。综上,在不通过任何改良,将柑橘纤维添加量控制在4%以内时,可生产出一种品质在可接受范围内的富含生物活性物质的健康膳食面包。

关键词：柑橘纤维小麦粉面团特性动态流变面包品质

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融合改进人工蜂群的UKF算法研究

电光与控制 2024年第11期 10-17页

作者：刘建娟李志伟姬淼鑫吴豪然李浩河南工业大学电气工程学院河南工业大学机电设备及测控技术研究所

针对无迹卡尔曼滤波(UKF)算法在状态估计时异常系统噪声协方差矩阵影响滤波性能的问题，提出一种利用改进人工蜂群优化UKF的算法。首先，在UKF算法过程中引入IABC算法对系统噪声协方差矩阵寻优选择，从而实现自适应调节系统噪声协方差... 详细信息

针对无迹卡尔曼滤波(UKF)算法在状态估计时异常系统噪声协方差矩阵影响滤波性能的问题，提出一种利用改进人工蜂群优化UKF的算法。首先，在UKF算法过程中引入IABC算法对系统噪声协方差矩阵寻优选择，从而实现自适应调节系统噪声协方差矩阵，提高估计精度；其次，对传统ABC算法采用Circle混沌初始化策略，增加人工蜂群初始种群的多样性；同时采用偏好随机游动策略，平衡算法的开发与探索能力，增强算法的稳定性；最后，通过动态扰动因子策略增强算法后期寻找最优解的能力，提高收敛速度，进一步优化算法性能。实验结果表明，相较于ABC算法，IABC算法在寻优性能上有明显提升。同时，通过对比UKF算法和IABC-UKF算法，验证了IABC-UKF算法的可行性，其位置均方根误差不大于1.4 m,表明该算法滤波效果较好且误差波动小，能够有效提高估计精度。

关键词：无迹卡尔曼滤波系统噪声协方差矩阵人工蜂群算法偏好随机游动动态扰动因子

来源：博看期刊

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双目视觉辅助的激光惯导SLAM算法

控制与决策 2024年第6期39卷 1787-1800页

作者：刘辉张雪波李如意苑晶南开大学机器人与信息自动化研究所天津300350 天津市智能机器人技术重点实验室天津300350

激光同步定位与地图构建(simultaneous localization and mapping,SLAM)算法在位姿估计和构建环境地图时依赖环境结构特征信息,在结构特征缺乏的场景下,此类算法的位姿估计精度与鲁棒性将下降甚至运行失败.对此,结合惯性测量单元(inerti... 详细信息

激光同步定位与地图构建(simultaneous localization and mapping,SLAM)算法在位姿估计和构建环境地图时依赖环境结构特征信息,在结构特征缺乏的场景下,此类算法的位姿估计精度与鲁棒性将下降甚至运行失败.对此,结合惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)不受环境约束、相机依赖视觉纹理的特点,提出一种双目视觉辅助的激光惯导SLAM算法,以解决纯激光SLAM算法在环境结构特征缺乏时的退化问题.即采用双目视觉惯导里程计算法为激光扫描匹配模块提供视觉先验位姿,并进一步兼顾视觉约束与激光结构特征约束进行联合位姿估计.此外,提出一种互补滤波算法与因子图优化求解的组合策略,完成激光里程计参考系与惯性参考系对准,并基于因子图将激光位姿与IMU数据融合以约束IMU偏置,在视觉里程计失效的情况下为激光扫描匹配提供候补的相对位姿预测.为进一步提高全局轨迹估计精度,提出基于迭代最近点匹配算法(iterative closest point,ICP)与基于图像特征匹配算法融合的混合闭环检测策略,利用6自由度位姿图优化方法显著降低里程计漂移误差并构建环境地图.最后,将所提出方法在公开与自制数据集上进行实验验证,并与主流开源的SLAM算法进行对比.实验结果表明,所提出算法可以在结构特征缺乏环境下稳定运行,并且相较于对比算法具有更高的位姿估计精度和算法鲁棒性.

关键词：激光SLAM 闭环检测结构特征缺乏环境位姿图优化视觉惯导里程计

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空间大型可展开环形张拉机构动力学特性分析

机械工程学报 2024年第12期60卷 344-354页

作者：赵宏跃史创郭宏伟刘荣强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150001

空间环形张拉机构是实现天线口径大型化的理想结构形式之一。为了研究环形张拉结构的动力学特性,首先介绍空间环形张拉结构的系统组成,然后对张拉结构的环形桁架进行了运动学分析。根据铰链节点的展开速度,对其展开过程进行运动规划。... 详细信息

空间环形张拉机构是实现天线口径大型化的理想结构形式之一。为了研究环形张拉结构的动力学特性,首先介绍空间环形张拉结构的系统组成,然后对张拉结构的环形桁架进行了运动学分析。根据铰链节点的展开速度,对其展开过程进行运动规划。然后基于运动学结果建立环形桁架机构的动力学模型,通过牛顿—欧拉公式综合考虑了斜拉索索力、关节摩擦阻尼及关节锁紧力矩对动力学特性的影响,分析当机构采用无源驱动时,对斜拉索索力的影响规律。以斜拉索索力变化偏差均值及最大索力值最小为优化目标,对采用的弹簧驱动进行了优化设计,其中优化后的弹簧刚度降低了24.5%,拉索张力偏差均值及索拉力峰值分别降低了45.2%和41.6%。最后研制了缩比原理样机,进行动力学试验,通过试验结果验证了动力学分析方法的正确性。

关键词：环形张拉机构运动学动力学分析驱动优化