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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

聚氯乙烯-聚乙烯醇的相容性及其复合多孔膜的结构与性能

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高等学校化学学报 2024年第4期45卷 151-158页

作者：朱军郭岳伍洋宜宾学院新材料产业技术研究院宜宾644000

通过溶液成膜法制备了聚氯乙烯-聚乙烯醇(PVC-PVA)复合多孔膜,从聚合物混合焓及分子之间相互作用的角度探讨了PVC和PVA两者之间的相容性,采用扫描电子显微镜(SEM)、接触角测量仪及平板超滤膜测试仪等分析了复合多孔膜的孔形貌、亲水性... 详细信息

通过溶液成膜法制备了聚氯乙烯-聚乙烯醇(PVC-PVA)复合多孔膜,从聚合物混合焓及分子之间相互作用的角度探讨了PVC和PVA两者之间的相容性,采用扫描电子显微镜(SEM)、接触角测量仪及平板超滤膜测试仪等分析了复合多孔膜的孔形貌、亲水性、过滤性能及力学性能.研究结果表明,在PVC-PVA复合体系中,大分子之间可形成氢键及偶极相互作用,混合焓随PVA在聚合物中质量分数的增大而呈现先增大后减小的趋势, PVC-PVA总体上为部分相容.与纯PVC膜相比, PVC-PVA复合多孔膜断面的“指状孔”特征减弱,而“海绵孔”特征增强,且纯水通量增大、耐污染性能改善、力学韧性增强.当PVA在聚合物中的质量分数为9%时,复合多孔膜的纯水通量是纯PVC膜的4倍,对PEG100000的截留率为80%,强度为3.5 MPa,断裂伸长率为26%,在水处理领域具有良好的应用前景.

关键词：聚氯乙烯聚乙烯醇相容性复合多孔膜

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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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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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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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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应用元素级注意力机制和角点特征的重定位网络

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计算机工程 2024年

作者：曹雏清罗海南马玉洁长三角哈特机器人产业技术研究院安徽工程大学计算机与信息学院

视觉重定位技术是室内服务机器人关键技术之一，其主要目的是精确确定机器人在场景中的六自由度位姿。在室内环境中，稀疏纹理区域的普遍存在对视觉重定位的精度构成了挑战，因为这些区域中的相似图像块会大幅干扰定位准确性。此外，现... 详细信息

视觉重定位技术是室内服务机器人关键技术之一，其主要目的是精确确定机器人在场景中的六自由度位姿。在室内环境中，稀疏纹理区域的普遍存在对视觉重定位的精度构成了挑战，因为这些区域中的相似图像块会大幅干扰定位准确性。此外，现有的视觉重定位网络往往忽视图像中角点的重要性，这限制了卷积神经网络在编码场景信息时的能力，因为角点中蕴含着丰富的几何特征。为此，本文提出了一种新颖的视觉重定位网络，它结合了元素级注意力机制和角点特征。首先，为了解决相似图像块的问题，提出了元素级注意力机制，通过预测元素级注意力加权系数来评估特征图中每个元素的重要性。这种方法有效地融合了多级特征图，利用低级特征图中的几何结构信息与高级特征图中的语义信息来提升相似图像块的区分度。针对角点特征被忽视的问题，本文提出一种角点特征整合模块，利用角点提取网络SuperPoint提取大量角点进行聚类，并选择距离聚类中心最近的角点来保证其均匀的分布在图像中。随后，该网络将提取的角点特征整合进高维特征图中，从而保证网络充分地提取了角点中所包含的图像几何特征，进而提升网络的场景解析能力。7-Scenes数据集上的实验结果表明，在包含大量稀疏纹理的室内场景中，提升相似图像块间的区分度并整合角点特征可有效地提升视觉重定位精度，使得本方法实现了0.025m的中值平移误差，0.83°的中值旋转误差以及87.43%的重定位准确率。

关键词：视觉重定位室内服务机器人卷积神经网络多级特征融合角点特征

基于分布式PLC的丝锭自动包装码垛系统设计

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自动化与仪表 2024年第1期39卷 45-49,54页

作者：于伶李海东长三角哈特机器人产业技术研究院芜湖241007

为提高化纤企业的自动化程度,针对丝锭包装的传统工艺流程,该文提出了基于Device Net总线的分布式PLC控制系统,对生产线内各单元统一布局规划,模块化设计与调试,实现了机器人自动上料、丝锭自动套袋、自动码垛和自动打包称重的全流程包... 详细信息

为提高化纤企业的自动化程度,针对丝锭包装的传统工艺流程,该文提出了基于Device Net总线的分布式PLC控制系统,对生产线内各单元统一布局规划,模块化设计与调试,实现了机器人自动上料、丝锭自动套袋、自动码垛和自动打包称重的全流程包装作业。实际运行表明,该系统运行可靠、维护方便,能有效减轻人工负荷、提高生产效率,实现了化纤丝锭的智能化输送、管理及物料信息的可追溯功能。

关键词： Device Net总线 PLC 机器人