检索结果-内蒙古大学图书馆

哈尔滨工业大学学报 2023年第1期55卷 72-81页

作者：孙新庆全齐全唐德威邓宗全机器人技术与系统国家重点实验室(哈尔滨工业大学) 哈尔滨150001

压电换能器装配预应力直接影响产品性能。大直径压电换能器对装配预应力控制和压电陶瓷应力分布均匀性提出了更高的要求。为实现大直径压电换能器的高预紧力装配,开展了大直径压电换能器结构设计、装配方法设计和径向应力均匀化研究。首... 详细信息

压电换能器装配预应力直接影响产品性能。大直径压电换能器对装配预应力控制和压电陶瓷应力分布均匀性提出了更高的要求。为实现大直径压电换能器的高预紧力装配,开展了大直径压电换能器结构设计、装配方法设计和径向应力均匀化研究。首先,基于传输线方法和模态分析开展压电换能器设计,采用Morris方法进行了尺寸参数对压电换能器纵振频率、振幅比和节面位置偏差的灵敏度分析,并设计了预期性能的压电换能器;然后,根据压电换能器对预应力控制的需求,提出了一种液压拉伸式装配方法;针对拉伸装配过程中压电陶瓷组的径向应力分布不均匀问题,对拉伸装配过程中的2个关键状态进行了静应力分析,以指导压电换能器的结构改进设计;最后,设计了拉伸装配装置,并基于该装置完成了压电换能器装配试验。试验结果验证了所提拉伸式装配方法可实现预期性能的压电换能器装配。压电换能器装配后的串联谐振频率和并联谐振频率分别稳定在18.05 kHz和19.57 kHz附近,串联谐振阻抗在10Ω以内,机电耦合系数在0.34~0.36之间。研究结果为控制压电换能器装配预应力提出了新的解决思路,并为大直径压电换能器设计时如何均化陶瓷应力状况提供了解决方法。

关键词：压电换能器结构设计拉伸装配灵敏度分析静应力分析

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基于非线性弹簧模型的轮腿自平衡机器人跳跃算法研究

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机械工程学报 2023年第9期59卷 51-62页

作者：高靖松金弘哲朱延河高良吕红亚赵杰蔡鹤皋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 上海航天设备制造总厂有限公司上海200000

轮腿式自平衡机器人兼具轮式的高速高效性和足式的地面适应性,在面对非结构化地形时可以进行跳跃越障。按照腿部自由度可将其分为单自由度式和二自由度式,其中单自由度式轮腿自平衡机器人结构更简单、质量更轻、控制难度更低。但在跳跃... 详细信息

轮腿式自平衡机器人兼具轮式的高速高效性和足式的地面适应性,在面对非结构化地形时可以进行跳跃越障。按照腿部自由度可将其分为单自由度式和二自由度式,其中单自由度式轮腿自平衡机器人结构更简单、质量更轻、控制难度更低。但在跳跃轨迹规划问题上,一方面单自由度腿部结构对髋关节出力需求更高,采用双质量块线性弹簧模型轨迹规划方法能够达到的最大越障高度有限;另一方面机器人在高度调整过程中整体质心会产生x向位移,对跳跃的准确性与稳定性造成影响。针对单自由度式轮腿自平衡机器人跳跃问题展开研究,首先提出了基于腾空动力学模型的轮部控制算法,使机身俯仰姿态在跳跃过程中始终可控,进而保证了跳跃的稳定性。之后提出了基于双质量块非线性弹簧模型的跳跃轨迹规划方法,相比基于线性弹簧模型的规划方法具有轨迹规划更加灵活,对髋关节出力要求更低等优点;然后进一步利用轮部在腾空过程中对机身俯仰角的控制效果,设计了一种机器人原地跳远方法,使机器人可以在更短的起跳时间和起跳距离下达到相同的跳跃距离;最后建立了单自由度式轮腿自平衡机器人三维简化模型及其运动学、单腿静力学以及腾空动力学模型,并通过Simulink-Adams联合仿真验证了轨迹规划与跟踪算法的可行性。

关键词：轮腿自平衡机器人轨迹规划跳跃控制非线性弹簧

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一种新型月壤水冰采样系统设计及试验验证

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宇航学报 2023年第3期44卷 389-398页

作者：马如奇张伟伟姜水清姜生元北京空间飞行器总体设计部北京100094 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

针对月球极区永久阴影坑深低温环境下,月壤水冰的硬度和机械强度很高,铲挖、钻进等常规采样方式难以实现低耗、快速采样的问题,提出了利用火工爆燃作动的动能侵彻方式快速构建月壤剖面孔洞,利用机械臂将采样工具送至孔内实施样品精确采... 详细信息

针对月球极区永久阴影坑深低温环境下,月壤水冰的硬度和机械强度很高,铲挖、钻进等常规采样方式难以实现低耗、快速采样的问题,提出了利用火工爆燃作动的动能侵彻方式快速构建月壤剖面孔洞,利用机械臂将采样工具送至孔内实施样品精确采集的新采样方法,并据此设计了新型月壤水冰采样系统。设计并研制了侵彻单元工程样机,基于力学等效性原则制备了拟实靶体,对工程样机的侵彻效能开展了试验验证。试验结果表明,对于单轴抗压强度30 MPa的模拟月壤水冰力学等效物能实现快速侵彻,侵彻深度可达234 mm,侵彻时间优于1 s。提出的侵彻式造孔和采样方法具有轻量化、低能耗、高效率、高强度月壤对象突破能力强等突出优势,可为后续月壤水冰采样探测任务提供有益借鉴。

关键词：永久阴影坑月壤水冰侵彻造孔样品采集

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金属管螺旋缠绕在轨成形力学特性分析与优化

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哈尔滨工业大学学报 2025年第4期57卷 151-161页

作者：王岩陈禹名张书洋杨慧张从发刘金童刘荣强河北省并联机器人与机电系统实验室(燕山大学) 河北秦皇岛066004 中国空间技术研究院北京空间飞行器总体设计部北京100094 机器人技术与系统国家重点实验室(哈尔滨工业大学) 哈尔滨150001

为满足地外探测大尺寸结构在轨构建及空间站桁架的实际需求,提出一种带材直接在轨成形方法,研制出一款小型化、轻量化、低功耗的金属管件制造设备。采用冷弯成形技术中的缠绕锁合成形,基于基尔霍夫假设和等效应变能原理建立弯曲缠绕的... 详细信息

为满足地外探测大尺寸结构在轨构建及空间站桁架的实际需求,提出一种带材直接在轨成形方法,研制出一款小型化、轻量化、低功耗的金属管件制造设备。采用冷弯成形技术中的缠绕锁合成形,基于基尔霍夫假设和等效应变能原理建立弯曲缠绕的非线性力学模型,分析带材几何参数对缠绕力矩的影响。通过ABAQUS/显式求解器分析缠绕力矩并验证理论模型的有效性。为进一步定量描述和优化缠绕锁合性能,定义稳定缠绕力矩、锁合正压力和锁合边最大应力3个性能指标,该指标越小,缠绕锁合性能越好。此外,采用响应面法建立弯曲缠绕卷管指标参数的多项式代理模型,通过改进的非支配遗传算法(NSGA-Ⅱ)对金属管弯曲成形进行多目标优化设计。优化结果表明,缠绕力矩减少了26.23%,锁合边正压力减小了4.71%,锁合边最大应力减小了2.14%,同时驱动力矩曲线波动得到改善。制备了辊座直径为70 mm、辊组间距为100 mm,辊缝具有校正调节功能的锁槽折弯箱和芯轴直径为50 mm的缠绕锁合样机并进行实验,揭示不同工艺参数对轧制成形的影响以及螺旋成形时成形角与管件直径的规律。该研究为金属管在轨成形的应用提供了重要的理论和实验基础。

关键词：在轨制造缠绕锁合缠绕力矩响应面法非支配遗传算法(NSGA-Ⅱ)

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一种基于肌声信号的穿戴式助力系统运动意图检测算法

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载人航天 2023年第1期29卷 43-51页

作者：董为石永军林玮琪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

针对未来深空探测活动中航天员在多种复杂任务环境下的运动助力需求,提出一种面向航天员穿戴式助力系统的运动意图检测算法。以航天员的关节力矩作为运动意图的表征,利用希尔伯特-黄变换对特定肌肉发出的肌声信号进行滤波处理,以消除由... 详细信息

针对未来深空探测活动中航天员在多种复杂任务环境下的运动助力需求,提出一种面向航天员穿戴式助力系统的运动意图检测算法。以航天员的关节力矩作为运动意图的表征,利用希尔伯特-黄变换对特定肌肉发出的肌声信号进行滤波处理,以消除由肢体运动导致的伪迹噪声和由传感器引入的高频噪声,并参照肌肉的发力原理对滤波后的肌声信号进行特征值提取,通过机器学习的方法建立肌声信号与关节力矩间的映射关系,使助力系统能够及时准确地识别出航天员的运动意图并实施助力。最后募集了3名志愿者进行了150000组样本数据关节力矩辨识实验,实验结果表明:所提出算法的决定系数可达0.9532,能够有效辨识航天员的运动意图。

关键词：运动意图辨识肌声信号信号处理机器学习

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空间机器人最优能耗捕获目标的自适应跟踪控制

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机器人 2022年第1期44卷 77-89页

作者：柳强金明河刘宏王滨哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室黑龙江哈尔滨150001

提出了一种能够引导末端执行器以期望速度跟踪目标的轨迹规划方法。该方法可以实现避障并满足关节限制要求。基于轨迹规划方法,设计了一种利用自由飘浮空间机器人跟踪与捕获章动自旋卫星的自适应控制策略。此外,该控制策略还考虑了最优... 详细信息

提出了一种能够引导末端执行器以期望速度跟踪目标的轨迹规划方法。该方法可以实现避障并满足关节限制要求。基于轨迹规划方法,设计了一种利用自由飘浮空间机器人跟踪与捕获章动自旋卫星的自适应控制策略。此外,该控制策略还考虑了最优能耗、测量误差和优化误差。首先,为了使执行器的跟踪误差和机械臂的能耗最小,将空间机器人的控制策略描述为一个关于关节速度、力矩和避障距离的不等式约束优化问题。然后,推导出一个系数为下三角矩阵的显式状态方程,并对目标函数进行解耦和线性化。设计了一种关节速度和力矩分段优化方法去代替传统的凸二次规划方法求解最优问题,这种方法具有较高的计算效率。最后,利用李雅普诺夫稳定性理论验证了所提控制方法的收敛性。

关键词：空间机器人最优自适应跟踪控制最优能耗动力学解耦与线性化

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索-梁-膜张拉式天线展开机构非线性动力学特性及参数优化分析

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机械工程学报 2025年第1期61卷 92-100页

作者：刘瑞伟张碧峰范雅婷温兆麟肖体兵郭宏伟广州航海学院船舶与海洋工程学院广州510700 广东工业大学机电工程学院广州510066 哈尔滨工业大学机器人技术及系统国家重点实验室哈尔滨150001

索-梁-膜组合的张拉式复合结构,具有收纳比高、质量轻、刚柔耦合等特点,是空间可展天线发展方向之一。为研究索-梁-膜天线复杂柔性结构的非线性动力学特性,考虑预应力因素的影响,对一种新型的索-梁-膜张拉式天线进行非线性动力学特性分... 详细信息

索-梁-膜组合的张拉式复合结构,具有收纳比高、质量轻、刚柔耦合等特点,是空间可展天线发展方向之一。为研究索-梁-膜天线复杂柔性结构的非线性动力学特性,考虑预应力因素的影响,对一种新型的索-梁-膜张拉式天线进行非线性动力学特性分析和结构参数优化。基于非线性动力学理论,采用温度-结构预应力导入方法,建立了预应力作用下的天线展开机构非线性动力学模型。在此基础上,分析不同的预应力、材料参数和结构几何参数对天线展开机构动力学特性的影响规律。结果表明,天线固有频率随着预应力、拉索直径、梁截面面积的增大而增大,随着薄膜厚度的增大而减小,并给出了材料参数的优选值。根据敏感度分析结果,基于多目标遗传算法(MOGA),进行了天线结构参数优化分析。该结果为该构型天线样机研制提供理论和工程应用基础。

关键词：索-梁-膜结构张拉式天线非线性动力学有限元分析结构参数优化

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趋向性锁链式路径规划算法

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机械工程学报 2024年第19期60卷 53-61页

作者：王晓飞许家忠丁亮黄成杨怀广刘美军哈尔滨理工大学先进制造智能化技术教育部重点实验室哈尔滨150080 哈尔滨理工大学黑龙江省复杂智能系统与集成重点实验室哈尔滨150080 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150080

摒弃传统点生点式路径规划方法,提出一种受人脑思维启发的新型趋向性锁链式路径规划方法。通过构建直通不可达路径,并以旋转方向模量增殖该路径,从而实现线生点式路径规划。以锁链式增殖方式替代点阵搜索,依靠族树矩阵生长完成障碍物绕... 详细信息

摒弃传统点生点式路径规划方法,提出一种受人脑思维启发的新型趋向性锁链式路径规划方法。通过构建直通不可达路径,并以旋转方向模量增殖该路径,从而实现线生点式路径规划。以锁链式增殖方式替代点阵搜索,依靠族树矩阵生长完成障碍物绕行,最终获得趋向性更显著的路径,同时实现栅格访问量从幂次级到倍数级的降级。结果表明,所设计的趋向性锁链式路径规划方法,在实际路径规划时,响应更快、距离更短、趋向性更显著。

关键词：路径规划可行族树矩阵二维栅格地图

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变角度自动铺丝制造缺陷特性及影响因素的研究进展

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机械工程学报 2022年第23期58卷 164-177页

作者：靳子昂韩振宇项宇孙守政富宏亚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 哈尔滨工业大学芜湖机器人产业技术研究院芜湖241007

自动铺丝作为一种先进的复合材料自动化成型技术被广泛应用于航空航天等领域,其中采用变角度自动铺丝能够提升航空航天结构件的设计空间,对于提高构件整体力学性能具有重要的意义。但目前该技术的加工工艺并不成熟且在成型过程中不可避... 详细信息

自动铺丝作为一种先进的复合材料自动化成型技术被广泛应用于航空航天等领域,其中采用变角度自动铺丝能够提升航空航天结构件的设计空间,对于提高构件整体力学性能具有重要的意义。但目前该技术的加工工艺并不成熟且在成型过程中不可避免产生制造缺陷,对构件的力学性能带来不利的影响。针对变角度自动铺丝成型过程中的制造缺陷特性及其主要影响因素进行综述,介绍了自动铺丝的工作原理及变角度铺丝的优势,分析了褶皱、间隙和重叠缺陷的形成机制及其对变刚度层合板力学性能的影响,深入探讨了变角度铺丝制造缺陷的影响因素类型及作用机理,并论述了制造缺陷的抑制方法,最后总结了现阶段变角度自动铺丝技术存在的不足,并对该技术的未来研究趋势进行了展望。

关键词：自动铺丝变角度铺放制造缺陷工艺参数抑制方法

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融合波前边缘检测与快速搜索随机树的自主探索方法

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中国惯性技术学报 2023年第9期31卷 925-931页

作者：张淑珍马玉祥侯致远查富生何镇兰州理工大学机电工程学院兰州730000 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

针对传统波前边缘检测算法在探索过程中随已知区域的扩大导致提取探索候选点收敛时间上升、传统评价函数选取探索目标点时未考虑机器人姿态,使得未知环境下自主探索效率低的问题,提出一种融合局部与全局视角的自主探索算法。所提方法采... 详细信息

针对传统波前边缘检测算法在探索过程中随已知区域的扩大导致提取探索候选点收敛时间上升、传统评价函数选取探索目标点时未考虑机器人姿态,使得未知环境下自主探索效率低的问题,提出一种融合局部与全局视角的自主探索算法。所提方法采用限制传统波前边缘检测(WFD)算法遍历范围,并与快速搜索随机树算法同步运行,分别提取局部与全局探索候选点;利用轻简化后的萤火虫算法接受探索候选点进行聚类;通过在具有信息增益、路径代价的传统评价函数中引入角度代价构成改进的评价函数实现最佳探索目标点的选取,引导机器人完成未知环境的高效探索;最后,基于机器人操作系统(ROS)搭建仿真与样机测试平台进行了实验验证,结果表明所提算法较基于快速随机搜索树-广度优先搜索(RRT-BFS)算法在探索耗时与探索路径层面分别缩减了22.19%和32.13%,提升了自主探索效率。

关键词：自主探索边界检测评价函数机器人操作系统移动机器人

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