一种复杂曲面的精密测量逆向与误差评定方法 被引量：1

1

作者 祁若龙 豆文强 +2 位作者 张珂 李论 石怀涛 《沈阳建筑大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2024年第3期545-553,共9页

目的研究叶片类零件精密测量、逆向与误差评定方法,为该类零件的精密加工提供数字化误差分布模型。方法针对接触式测头存在的空间径向偏置问题,基于四点标定法,建立空间数学模型,完成工具中心点(TCP)的标定;针对叶片点云分布散乱、无序... 目的研究叶片类零件精密测量、逆向与误差评定方法,为该类零件的精密加工提供数字化误差分布模型。方法针对接触式测头存在的空间径向偏置问题,基于四点标定法,建立空间数学模型,完成工具中心点(TCP)的标定;针对叶片点云分布散乱、无序等问题,提出基于多级B样条插值方法,进行叶片三维点云的曲面重建;最后基于迭代法,对叶片误差进行精确评定。结果对测量所得叶片点云,基于多级B样条与控制网格差异化细分的重建算法可以重建出高保真的连续曲面;误差评定算法可以完成测量结果与设计模型之间不小于0.01 mm的误差计算并得到分层分区的误差可视化云图。结论机器人接触式测量系统可以对叶片类复杂曲面完成高精度测量,采用基于B样条的三维重建算法可以快速的重建出叶片三维曲面;笔者提出的误差评定算法可以进行高精度叶片点云的误差计算,其分层分区结果对于叶片抛磨精加工阶段具有指导意义。 展开更多

关键词 接触式测量 三维点云 多级B样条 曲面重建 误差评定

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基于混合式磁流变-橡胶隔振器的设计、分析与实验研究

2

作者 毛新元 祁若龙 +1 位作者 石怀涛 张珂 《机电产品开发与创新》 2023年第3期141-145,共5页

在机械加工过程中,机床和工件之间会产生颤振,由于系统振动频率在不断变化,因此本文为解决颤振对加工造成的危害,设计实现了一种阻尼可调的剪切-挤压混合模式橡胶-磁流变液隔振器。通过对磁流变液进行挤压特性实验,得到其应力-应变曲线... 在机械加工过程中,机床和工件之间会产生颤振,由于系统振动频率在不断变化,因此本文为解决颤振对加工造成的危害,设计实现了一种阻尼可调的剪切-挤压混合模式橡胶-磁流变液隔振器。通过对磁流变液进行挤压特性实验,得到其应力-应变曲线,接着对橡胶模具进行超弹性分析得到其本构模型,再应用有限元软件对隔振器进行电磁仿真分析与模态分析。最后通过频响分析实验得到随着磁场强度发生改变,磁流变液的刚度与阻尼发生改变,在外加激励的作用下隔振器能够充分利用频移特性,有效降低非期望振动对结构的动力响应,该隔振器可以应用于不同激振频率下的减振工况。 展开更多

关键词 磁流变液 橡胶 隔振器 模态分析 固有频率

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一种基于POE公式的最小模型与视觉测量的机器人标定方法 被引量：3

3

作者 石怀涛 张执锦 +1 位作者 祁若龙 冯大阔 《沈阳建筑大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期354-361,共8页

目的提出一种基于POE公式的最小模型与视觉测量的机器人标定方法,解决现有机器人运动学标定模型中存在的奇异性、参数冗余现象,以及传统标定方法中测量系统难以实现在线自动标定的难题。方法基于指数积(POE)公式建立正向运动学模型,对... 目的提出一种基于POE公式的最小模型与视觉测量的机器人标定方法,解决现有机器人运动学标定模型中存在的奇异性、参数冗余现象,以及传统标定方法中测量系统难以实现在线自动标定的难题。方法基于指数积(POE)公式建立正向运动学模型,对运动学方程取微分建立线性化的运动学误差模型,并通过最小化处理消除冗余参数,获得运动学标定方程;通过安装在机器人末端的双目相机和棋盘式标定板建立基于视觉测量的标定系统,无需外部设备即可对机器人末端位姿的实际值进行自动测量,采用最小二乘法对标定方程进行参数辨识。结果对MOTOMAN-MH80机器人进行运动学标定仿真,结果表明:该方法有效避免了传统模型迭代过程中归一化、正交化的操作,在参数迭代过程中运动学参数能快速收敛到稳定值,且在机器人运动学标定补偿前后,机器人的末端位置和姿态误差都明显降低。结论采用笔者提出的基于POE公式的最小模型与视觉测量的机器人标定方法,能够有效提高机器人的绝对定位精度,且实现了机器人的在线自动标定,提升了标定方法的自动化程度。 展开更多

关键词 指数积(POE) 最小化 自动标定 视觉测量 参数辨识

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花谢花又开

4

作者 祁若龙 《软件工程师》 2007年第9期46-47,共2页

四年前的夏季，蝉在浓密的绿荫里欢叫。手握着录取通知书，我心中的理想之花却在冰冷的心头渐渐凋零。

关键词 录取通知书 高校 专业 就业 能力

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一种基于遗传算法的空间机械臂避障轨迹规划方法 被引量：65

5

作者 祁若龙 周维佳 王铁军 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2014年第3期263-270,共8页

针对空间机械臂系统的一系列特殊需求,提出了一种空间机械臂轨迹规划方法.假设机械臂在关节空间下存在一条可以用两段高次样条曲线分段描述、满足所有空间机械臂运动特性要求的理想轨迹.这两段样条轨迹之间的连接点参数能够影响两段样... 针对空间机械臂系统的一系列特殊需求,提出了一种空间机械臂轨迹规划方法.假设机械臂在关节空间下存在一条可以用两段高次样条曲线分段描述、满足所有空间机械臂运动特性要求的理想轨迹.这两段样条轨迹之间的连接点参数能够影响两段样条函数在空间中的扭曲形状,从而使机械臂在遵从样条轨迹运动的同时避开所有障碍.首先建立理想轨迹的分段描述方程,将方程中的未知量用与中间点有关的参数进行描述,将不能够确定的中间点相关参数提取出来作为待定参数,从而将空间机械臂轨迹规划问题转变为一个多目标优化求解问题;其次应用遗传算法进行求解,在分析空间机械臂控制需求和障碍的笛卡儿空间描述的基础上,通过加权系数法建立关于笛卡儿空间机械臂末端轨迹长度、关节空间机械臂运动角度、运动过程中关节最大扭矩、机械臂总运动时间和碰撞情况的遗传算法适应度评定函数.最后应用遗传算法在关节空间下规划出一条无碰撞、动力学特性满足裕度要求、轨迹长度和运动时间较短的理想轨迹.另外,上述方法具有拓展性,通过多次分解轨迹求取中间点,能够使机械臂避开非常复杂的障碍.利用该方法在通过C语言建立的空间机械臂仿真平台上进行验证,结果表明该方法稳定、有效,生成的轨迹满足空间机械臂的性能要求. 展开更多

关键词 机械臂 避障 轨迹优化 遗传算法

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VC平台下机器人虚拟运动控制及3D运动仿真的有效实现方法 被引量：26

6

作者 祁若龙 周维佳 +1 位作者 刘金国 肖磊 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2013年第5期594-599,共6页

提出了一种在VC(visual C)平台下实现机器人虚拟运动控制及3维运动仿真的有效方法.该方法建立了一个开放性的体系,能够直接移植或嵌入其它C语言算法程序,能导入SolidWorks、Pro/E等软件生成的机器人3D实体模型,并以二叉树数据结构建立... 提出了一种在VC(visual C)平台下实现机器人虚拟运动控制及3维运动仿真的有效方法.该方法建立了一个开放性的体系,能够直接移植或嵌入其它C语言算法程序,能导入SolidWorks、Pro/E等软件生成的机器人3D实体模型,并以二叉树数据结构建立便于快速查找的仿真模型容器进行保存.它还能通过定义机器人D-H(Denavit-Hartenberg)参数建立机器人的运动学模型,并能在基于Windows的IntervalZero RTX支持的VC平台下,根据指定的路径,实现机器人运动的实时分析、计算、虚拟控制和仿真.这一方法通过引入计算机设计模式中的"观察者"模式,建立仿真系统中各种软件模块之间的实时信息更新机制,有效避免了Windows本身非实时数传机制对仿真系统实时性要求的影响.以正在研制的搅拌摩擦焊接(FSW)机器人为例,详细介绍了机器人3维模型的建立、3维实体的存取数据结构、系统信息的通讯方法、基于给定路径的机器人3维仿真,并演示了用仿真得到的机器人末端实际运动轨迹作为机器人工具末端焊接路径的虚拟焊接及运动控制过程,最终得到了一个开放式的3维虚拟运动控制仿真系统,验证此系统的有效性. 展开更多

关键词 机器人 3维仿真 虚拟加工

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基于概率论的机器人高斯运动避障轨迹规划方法 被引量：13

7

作者 祁若龙 周维佳 +2 位作者 刘金国 张伟 肖磊 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第5期93-100,共8页

当机器人的运动存在过程噪声,或其携带的闭环反馈传感器存在观测误差时,机器人的运动就会呈现出显著的非确定性。以自然界最为普遍的高斯分布描述系统运动状态的非确定性。用概率论的方法结合机器人本身的线性控制及卡尔曼滤波对机器人... 当机器人的运动存在过程噪声,或其携带的闭环反馈传感器存在观测误差时,机器人的运动就会呈现出显著的非确定性。以自然界最为普遍的高斯分布描述系统运动状态的非确定性。用概率论的方法结合机器人本身的线性控制及卡尔曼滤波对机器人可行轨迹进行规划和先验概率的评估,从而得到机器人先验估计概率。采用线性控制方法和卡尔曼滤波相结合,进行高斯运动系统误差建模;然后用高斯运动模型对可行轨迹进行评估,能够计算出轨迹避开障碍和到达目标点的概率。为了进行最优轨迹规划,通过样条化方法计算出一组可行轨迹。理论上,这些轨迹本身都能够达到目标点,并避开障碍,但由于机器人行为的非确定性,机器人仍然存在碰撞和难以达到目标点的可能。通过高斯运动先验概率估计,评估成功概率值最大的轨迹就是机器人非确定性高斯运动状态下的最优轨迹。 展开更多

关键词 轨迹规划 高斯运动 机器人 概率

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机械臂高斯运动轨迹规划及操作成功概率预估计方法 被引量：6

8

作者 祁若龙 张珂 +1 位作者 周维佳 王铁军 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期42-51,共10页

当机械臂系统的运动存在过程噪声,或其外部闭环反馈传感器存在观测噪声时,机械臂的单次实际运动轨迹会随机地偏离预定义轨迹,但多次重复运动时又服从一定概率分布,也就是系统存在高斯运动。以自然界最为普遍的高斯分布描述机械臂系统运... 当机械臂系统的运动存在过程噪声,或其外部闭环反馈传感器存在观测噪声时,机械臂的单次实际运动轨迹会随机地偏离预定义轨迹,但多次重复运动时又服从一定概率分布,也就是系统存在高斯运动。以自然界最为普遍的高斯分布描述机械臂系统运动状态的非确定性。用概率论的方法结合机械臂本身的线性控制及卡尔曼滤波对机械臂可行轨迹进行规划和先验概率的评估,从而得到机械臂运动误差的先验概率估计。采用线性控制方法和卡尔曼滤波相结合,进行高斯运动系统误差建模;用高斯运动模型对预规划轨迹进行迭代估计,得到单周期轨迹点的误差分布,以此定性评估其运动过程的安全性以及定量计算机械臂到达目标区域的成功概率。通过仿真和试验数据的对比,验证了算法的有效性和实用性。 展开更多

关键词 机械臂 概率 轨迹规划 最优决策

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精密磨抛加工机器人自主重力补偿方法研究

9

作者 祁若龙 邵健铎 李论 《沈阳建筑大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2024年第1期158-166,共9页

目的 针对工业机器人磨抛加工过程需消除不同位姿条件下重力矢量对末端力感知的影响,提出一种重力补偿算法,从而精确控制三维磨削力。方法 借助安装在机器人末端的六维力传感器,读取机器人多个随机位姿下实时力和力矩信息,并基于卡尔曼... 目的 针对工业机器人磨抛加工过程需消除不同位姿条件下重力矢量对末端力感知的影响,提出一种重力补偿算法,从而精确控制三维磨削力。方法 借助安装在机器人末端的六维力传感器,读取机器人多个随机位姿下实时力和力矩信息,并基于卡尔曼滤波对传感器信息进行有效降噪;通过线性拟合算法对降噪后数据开展数值分析,计算出传感器误差、机器人世界坐标系偏移、末端负载重心大小及重心坐标等参数;根据以上参数并结合机器人当前姿态来实时消除负载重力影响。结果 采用笔者所提算法对同样静态条件下的机器人进行重力补偿,补偿后的重力影响产生的各方向力均近似为0,偏差小于0.1 N。结论 笔者所提出的算法充分考虑了重力补偿参数之间的耦合作用,能够消除重力影响,精确测量出机械臂末端六维力传感器受到的外力以及外力矩。 展开更多

关键词 六维力传感器 工业机器人 重力补偿 系统标定

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基于4-PPPS并联机构的机身舱段对接方法研究

10

作者 李贺 祁若龙 +1 位作者 张珂 赵吉宾 《机床与液压》 北大核心 2024年第3期22-29,共8页

基于多数控定位器构成的分布式4-PPPS并联机构,实现舱段的自动化精准对接。冗余驱动能够提高机构承载能力、使驱动力分配更加均衡,但冗余系统构成的黎曼流形内存在高维零空间,协调分配的非线性方程具有多约束和非正定性,分配不当会产生... 基于多数控定位器构成的分布式4-PPPS并联机构,实现舱段的自动化精准对接。冗余驱动能够提高机构承载能力、使驱动力分配更加均衡,但冗余系统构成的黎曼流形内存在高维零空间,协调分配的非线性方程具有多约束和非正定性,分配不当会产生过大的应力应变。为同时实现对接过程运动学层面的精准和动力学层面的稳态协同,基于旋量理论,将刚体运动分解成绕任意轴的转动和平移,建立运动学模型、确定关节驱动量。推导非冗余和冗余情况下的动力学模型,并求解舱段角速度和角加速度等影响对接运动特性的模型参数。提出了以力二范数最小为目标对对接运动驱动力进行优化分配的求解方法。以5次多项式描述位姿轨迹,用黄金分割法逼近出最优时间。最后开展了非冗余和冗余驱动的对比仿真,对接过程精准平稳,证明了此方法的正确性和可行性。 展开更多

关键词 飞机对接 并联冗余机构 冗余系统运动学 动力学优化

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搅拌摩擦焊接机器人大型薄壁零件空间曲线焊缝测量与轨迹生成 被引量：5

11

作者 祁若龙 周维佳 +1 位作者 张伟 张骁 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2014年第6期744-750,共7页

针对大型金属薄壁零件制造、装夹变形后的空间曲线焊缝加工轨迹尤其是零件空间法矢难以确定的问题,提出了一种通过测量焊缝上离散点计算刀位点并估计空间法矢的方法.首先,利用搅拌摩擦焊接(FSW)机器人末端安装的接触式测头碰触焊缝进行... 针对大型金属薄壁零件制造、装夹变形后的空间曲线焊缝加工轨迹尤其是零件空间法矢难以确定的问题,提出了一种通过测量焊缝上离散点计算刀位点并估计空间法矢的方法.首先,利用搅拌摩擦焊接(FSW)机器人末端安装的接触式测头碰触焊缝进行测量,再利用三次样条拟合一系列测得的空间点,得到一条与真实焊缝距离为1倍测头球心半径的空间曲线;其次,通过最小二乘法求出众多测量点的最小二乘平面;以最小二乘平面内焊缝曲线投影的面内法矢估计实际焊缝曲线的空间法矢.最后,将拟合曲线上用弦高差法离散得到的伪刀位点沿其空间法矢的负向平移1倍测头球心半径的距离,作为真正的刀位点.仿真实验表明本文的研究为大型复杂薄壁回转体零件的搅拌摩擦焊接提供了一种不必测量整个曲面便可得到焊接刀位点和法矢的有效方法. 展开更多

关键词 焊接机器人 搅拌摩擦焊 焊缝测量 轨迹生成

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仿人头颈部机器人跟踪运动控制 被引量：4

12

作者 祁若龙 张伟 +1 位作者 王铁军 李正 《吉林大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期1595-1601,共7页

仿人头颈部机器人是仿人机器人的一部分,负责对视觉目标进行动态跟踪。为了能够精确跟踪目标,在系统运动学建模过程中,将机器人视场中心的视线作为一个具有伸缩自由度的连杆加入头颈部结构的运动学模型。通过双目视觉系统计算得到的目... 仿人头颈部机器人是仿人机器人的一部分,负责对视觉目标进行动态跟踪。为了能够精确跟踪目标,在系统运动学建模过程中,将机器人视场中心的视线作为一个具有伸缩自由度的连杆加入头颈部结构的运动学模型。通过双目视觉系统计算得到的目标点位置在数学模型上成为连杆机构运动的目标位置。为了使具有冗余自由度的头颈部机器人的运动更符合人类的动作行为,对用于消除运动学奇异点的阻尼最小二乘逆解算法进行了改进。改进后的修正算法不仅能够使机器人在运动过程中避开奇异点,而且能够实现算法上的关节限位,保证机器人运动的关节舒适度,使其更符合人类的行为习惯。仿真实验表明:这种算法在很大程度上提高了机器人运动的可靠性和稳定性。 展开更多

关键词 自动控制技术 冗余机械臂 阻尼最小二乘法 虚拟连杆 关节限位 关节舒适度

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基于概率量度的机械臂视觉伺服目标捕获运动规划方法 被引量：3

13

作者 祁若龙 邵健铎 +2 位作者 张珂 唐元贵 赵吉宾 《吉林大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期2044-2054,共11页

在机械臂视觉伺服目标捕获过程中,当机械臂存在运动噪声且其视觉传感器亦存在观测噪声时,不同抓捕轨迹会得到不同的运动精度。多源误差影响下,机械臂捕捉运动会随机地偏离预定义轨迹,存在抓取失败概率。为了对捕获成功概率进行有效评估... 在机械臂视觉伺服目标捕获过程中,当机械臂存在运动噪声且其视觉传感器亦存在观测噪声时,不同抓捕轨迹会得到不同的运动精度。多源误差影响下,机械臂捕捉运动会随机地偏离预定义轨迹,存在抓取失败概率。为了对捕获成功概率进行有效评估,本文以自然界最为普遍的高斯分布描述机械臂和视觉系统的不确定性;在机械臂进行目标捕获时,基于快速搜索随机树(RRT)生成可行捕获轨迹,用概率论结合卡尔曼滤波和现代控制理论对其可行轨迹进行先验概率评估,将捕获概率最大的轨迹作为抓捕轨迹。首先,构建视觉伺服闭环控制系统。其次,结合线性控制和卡尔曼滤波,建立高斯运动系统误差模型。再次,用高斯运动模型对预规划轨迹进行迭代估计,得到单周期轨迹点的误差分布,以此定量计算机械臂到达目标区域的成功捕获概率。最后,通过仿真和试验数据的对比,验证了本文算法的有效性和实用性。 展开更多

关键词 模式识别与智能系统 视觉伺服 状态估计 不确定性 机械臂

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基于高斯模型和视觉测量的机械臂在线自标定方法研究 被引量：3

14

作者 祁若龙 张珂 +1 位作者 赵吉宾 邵健铎 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期63-71,共9页

对于在空间站、核电站或其他无人环境中工作的特种机械臂,过载、碰撞、振动、温度变化和应力释放等都会对结构几何参数产生影响,长期使用操作精度会不断降低。因此,当无人操作机械臂在执行高精度操作或维护时,应进行自主标定以提高操作... 对于在空间站、核电站或其他无人环境中工作的特种机械臂,过载、碰撞、振动、温度变化和应力释放等都会对结构几何参数产生影响,长期使用操作精度会不断降低。因此,当无人操作机械臂在执行高精度操作或维护时,应进行自主标定以提高操作精度。提出了一种基于多标识点的在线自标定方法,用固定在机械臂末端的相机测量1~3个标识点,形成非稳态多传感器手眼系统。针对系统存在的运动误差和传感器测量误差,提出了高斯运动(GM)方法,建立了可行的标定模型,并将线性二次型调节器(LQR)控制与扩展卡尔曼滤波(EKF)相结合,实现了误差影响下的标定运动轨迹跟踪。同时,在视觉系统存在测量误差和标识点非稳态识别造成间歇信号反馈时,为了形成高精度、稳定的信号采集,提出了基于蒙特卡罗方法,根据测量点方差筛选最优测量点。为了更加契合机械臂几何误差形态,采用了DH增广模型,一次逼近30个模型参数。基于中国空间站的生命科学手套箱机械臂的数据比较分析和试验结果证明了所提方法的有效性和可行性。 展开更多

关键词 自标定 机械臂 高斯运动 视觉测量 系统误差

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双工位4-PPPS飞机装配对接系统几何参数标定方法 被引量：2

15

作者 祁若龙 张珂 +2 位作者 赵吉宾 牟如意 邢运隆 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期33-43,共11页

双工位4-PPPS并联机构承载能力强、结构稳定,用于飞机机身舱段的装配过程以提高对接效率减轻劳动强度。然而由于对接系统为大尺寸分布式结构,且具有较大的制造和安装误差,很难保证实际对接精度。为了提高4-PPPS机身对接机构的定位精度,... 双工位4-PPPS并联机构承载能力强、结构稳定,用于飞机机身舱段的装配过程以提高对接效率减轻劳动强度。然而由于对接系统为大尺寸分布式结构,且具有较大的制造和安装误差,很难保证实际对接精度。为了提高4-PPPS机身对接机构的定位精度,提出了两步精度提升方法:首先提出了一种均值迭代方法标定飞机坐标系的基准点,作为整个对接系统的参考坐标系,提升了测量坐标系和飞机坐标系之间的匹配精度。其次,提出了一种基于空间位姿矩阵微分的运动学标定方法,推导出了系统全误差导数方程,可以对多达42个运动学参数进行同时标定。通过本文方法,飞机舱段对接系统的最大位置误差从2.2 mm减小到0.035 mm,最大指向误差从0.08°减小到0.018°。精度测量和对接试验证明了所提出方法的有效性。 展开更多

关键词 飞机对接 冗余并联机构 运动学标定 全误差方程

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