面向多规格蒸发器传热管检修的新型机器人机构设计及其运动规划

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作者 高厚秀 林靖涵 +3 位作者 于璇 张宽 徐碧莹 樊继壮 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第18期7739-7745,共7页

面向核电站蒸汽发生器的管板爬行式检修机器人存在适应性差、检修效率低等问题。为实现蒸汽发生器多规格传热管的检修任务,设计了一款新型机构的四足爬行检修机器人,并对相关的步态规划展开了研究。首先,根据需要适应多规格管板的要求,... 面向核电站蒸汽发生器的管板爬行式检修机器人存在适应性差、检修效率低等问题。为实现蒸汽发生器多规格传热管的检修任务,设计了一款新型机构的四足爬行检修机器人,并对相关的步态规划展开了研究。首先,根据需要适应多规格管板的要求,提出机器人的构型以及整体方案设计,确定了爬行机器人的主要运动方式,并给出了工具工作空间;之后,根据不同类型管板开展了机器人步态规划相关研究,规划了三角形、正方形两种排布管板上的直线运动步态与转向运动步态;最后,利用V-REP与Python联合仿真进行机器人运动仿真实验,结果表明,爬行机器人能够完成多规格管板下的直线运动与转向运动,证明了机构的合理性与运动的可行性。 展开更多

关键词 蒸汽发生器 检修机器人 多规格管板适应性 机构设计 运动规划

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面向管道焊缝渗透检测机器人的管道定位与规划方法

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作者 李彰 欧越 +3 位作者 陈建文 徐阳 樊继壮 赵杰 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第17期7168-7176,共9页

为了实现核电设施管路的自动化焊缝检测作业,在降低人工作业安全风险的同时提高工作效率,提出了一种集喷涂、喷擦、刷涂、擦洗、环境感知和场景建模的机器人自主作业软件系统及相关算法。分析作业机器人的工作环境和功能需求,进行机械... 为了实现核电设施管路的自动化焊缝检测作业,在降低人工作业安全风险的同时提高工作效率,提出了一种集喷涂、喷擦、刷涂、擦洗、环境感知和场景建模的机器人自主作业软件系统及相关算法。分析作业机器人的工作环境和功能需求,进行机械臂和感知模块的选型,制定三维建模和参数辨识方案,搭建焊缝检测作业系统;提出了一种基于机器人感知到的视觉和深度信息进行场景建模的算法,该算法可以输出检测关到作业面的位置、三维模型以及作业区域范围;提出了一种基于三维重构模型和作业区域范围进行作业轨迹规划的算法,并搭建了仿真平台验证运动轨迹的正确性;开展了管道定位与三维重构实验以及轨迹规划实验,实验的结果证明,提出的管道定位方法能够实现精确的点云数据采集和高精度的管道参数辨识,机械臂能够实现准确性高、连续性好的运动,满足管道焊缝检测作业的要求。 展开更多

关键词 焊缝检测 三维点云 表面建模 运动规划

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基于几何解析的偏转关节机械臂运动学分析

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作者 宋广泽 李满宏 +3 位作者 焦鑫 赵政阳 吴健荣 樊继壮 《河北工业大学学报》 CAS 2024年第5期87-94,共8页

高负载自重比机械臂在制造业、服务业等领域的不可替代作用日益凸显,针对传统机械臂承载能力提升问题,本文提出了一种偏转关节机械臂及其运动学分析方法。通过分析关节轴线与相邻杆件之间的夹角对机械臂运动特性及承载能力的影响,提出... 高负载自重比机械臂在制造业、服务业等领域的不可替代作用日益凸显,针对传统机械臂承载能力提升问题,本文提出了一种偏转关节机械臂及其运动学分析方法。通过分析关节轴线与相邻杆件之间的夹角对机械臂运动特性及承载能力的影响,提出了偏转关节布置形式并设计了偏转关节机械臂。将偏转关节机械臂抽象为等效简易串联机构,根据偏转关节运动特性提取了偏转关节运动方程,建立了机械臂末端位姿解算方法。通过将末端位置参数解耦至距离参量、高度参量、周转角参量,依次建立了关节转角求解公式,获取了偏转关节机械臂全部运动学解析逆解。偏转关节机械臂仿真结果验证了运动学解算方法的可行性与准确性。 展开更多

关键词 机械臂 偏转关节 运动学分析 末端位姿

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三肢体机器人足部力传感器弹性体分析 被引量：5

4

作者 樊继壮 赵杰 +1 位作者 谷柏峰 蔡鹤皋 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2007年第3期519-522,共4页

提出将传感器传递矩阵条件数和行范数两项指标综合的方法,对一种三肢体机器人的足部三维力传感器弹性体结构进行优化,使传感器在具有低传递误差的同时具有较高的灵敏度.并应用有限元法分析了弹性体各结构尺寸对传感器性能的影响,得到了... 提出将传感器传递矩阵条件数和行范数两项指标综合的方法,对一种三肢体机器人的足部三维力传感器弹性体结构进行优化,使传感器在具有低传递误差的同时具有较高的灵敏度.并应用有限元法分析了弹性体各结构尺寸对传感器性能的影响,得到了弹性体在单向受力时的应力、应变分布状态及其静、动态特性,为传感器的结构设计和进一步分析提供了依据. 展开更多

关键词 弹性体优化 有限元 三维力/力矩传感器

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三肢体机器人运动分析及规划 被引量：3

5

作者 樊继壮 朱延河 +1 位作者 赵杰 蔡鹤皋 《北京邮电大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第1期57-61,共5页

针对一种腿臂机构功能融合设计的三肢体机器人,将其肢体操作模式作为移动模式下的特殊状态进行分析,将机器人整体的运动学分析分解为各肢体分别作为站立腿和摆动腿的运动学组合问题,实现了机器人2种工作模式运动学模型的统一,并分别进... 针对一种腿臂机构功能融合设计的三肢体机器人,将其肢体操作模式作为移动模式下的特殊状态进行分析,将机器人整体的运动学分析分解为各肢体分别作为站立腿和摆动腿的运动学组合问题,实现了机器人2种工作模式运动学模型的统一,并分别进行了规划.通过机器人步态运动仿真验证了理论分析的正确性,为机器人控制器的设计提供了理论基础. 展开更多

关键词 腿臂融合 步行机器人 运动学 运动规划

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仿青蛙游动机器人动力学分析 被引量：4

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作者 樊继壮 仇裕龙 +1 位作者 张伟 王欢 《机械设计与制造》 北大核心 2015年第1期234-237,共4页

仿青蛙游动机器人的动力学分析,是研制仿青蛙水下机器人的基础。通过对所研制的仿青蛙游动机器人机构进行简化,建立机器人系统运动学模型。在此基础上,利用拉格朗日法建立机器人系统的动力学方程,通过逆动力学分析将前期生物青蛙观测实... 仿青蛙游动机器人的动力学分析,是研制仿青蛙水下机器人的基础。通过对所研制的仿青蛙游动机器人机构进行简化,建立机器人系统运动学模型。在此基础上,利用拉格朗日法建立机器人系统的动力学方程,通过逆动力学分析将前期生物青蛙观测实验获取的各关节运动轨迹转化为各关节驱动力矩,最后通过对比分析分别利用MATLAB和ADAMS得到的各关节驱动力矩在一个运动周期内的变化曲线,不仅验证了动力学方程的正确性,也为后期机器人控制系统的设计提供了理论依据。 展开更多

关键词 青蛙 机器人 动力学分析 MATLAB ADAMS

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基于DSP的三肢体机器人关节控制器设计 被引量：3

7

作者 樊继壮 赵杰 +1 位作者 王宾瑞 蔡鹤皋 《机械设计与制造》 北大核心 2007年第2期112-114,共3页

基于TI公司的TMS320LF2407设计了一种直流伺服电机运动控制器,以实现三肢体仿生步行机器人11个运动关节的伺服控制。首先采用遗传算法对电机的PID参数进行优化,并对关节运动转角轨迹进行离散化,电机运动控制采取分段PID的策略,以减小关... 基于TI公司的TMS320LF2407设计了一种直流伺服电机运动控制器,以实现三肢体仿生步行机器人11个运动关节的伺服控制。首先采用遗传算法对电机的PID参数进行优化,并对关节运动转角轨迹进行离散化,电机运动控制采取分段PID的策略,以减小关节转角误差。实验结果表明,设计出的控制器工作性能稳定,能够满足机器人运动控制的要求。 展开更多

关键词 DSP 运动控制器 肢体仿生机器人 遗传算法

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三肢体机器人交叉步态运动规划研究 被引量：1

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作者 樊继壮 李立毅 +1 位作者 朱延河 赵杰 《高技术通讯》 CAS CSCD 北大核心 2012年第11期1189-1194,共6页

对一种新型三肢体腿臂融合机器人的独特交叉步态进行了运动规划。为了提高该机器人行走过程中的姿态稳定性和吸附稳定裕度，采用遗传算法求解其交叉步态行走过程中吸附支撑足的吸附机构受载目标优化问题，对其交叉步态进行优化，得到了... 对一种新型三肢体腿臂融合机器人的独特交叉步态进行了运动规划。为了提高该机器人行走过程中的姿态稳定性和吸附稳定裕度，采用遗传算法求解其交叉步态行走过程中吸附支撑足的吸附机构受载目标优化问题，对其交叉步态进行优化，得到了相应的步态优化算法和优化参数。仿真和试验结果表明，机器人采用优化后的交叉步态行走时，机器人对吸附支撑机构的作用力矩除运动开始处为固定值外，行走的其余过程中得到了有效的降低，并且机器人运动平稳，具有很好的运动连续性和平稳性。 展开更多

关键词 肢体机器人 步态规划 步态优化 仿真

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三肢体机器人足部力传感器研究 被引量：1

9

作者 樊继壮 朱延河 赵杰 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2007年第12期2563-2566,共4页

针对一种三肢体机器人的足部三维力/力矩传感器,设计了其信号采集调理电路.对传感器进行静态标定,以提高其测量精度.最后通过结合机器人在各种步态下的移动实验,检测传感器系统的工作性能.实验结果表明:传感器具有较高的测量精度,对分... 针对一种三肢体机器人的足部三维力/力矩传感器,设计了其信号采集调理电路.对传感器进行静态标定,以提高其测量精度.最后通过结合机器人在各种步态下的移动实验,检测传感器系统的工作性能.实验结果表明:传感器具有较高的测量精度,对分析并控制机器人的运动步态起到了重要作用. 展开更多

关键词 三维力/力矩传感器 信号处理系统 静态标定 步态分析

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基于MSC1210的三肢体机器人足部控制系统 被引量：1

10

作者 樊继壮 赵杰 +1 位作者 庞明 蔡鹤皋 《电子器件》 CAS 2007年第1期270-273,共4页

三肢体机器人的足部机构是其实现腿臂功能融合的关键部件.基于TI公司的MSC1210微控制器设计了其足部机构控制系统,用以采集处理机器人足部的多种传感器信息和控制足部各执行机构的动作,并采用CAN总线与机器人主控系统联接以发送传感器... 三肢体机器人的足部机构是其实现腿臂功能融合的关键部件.基于TI公司的MSC1210微控制器设计了其足部机构控制系统,用以采集处理机器人足部的多种传感器信息和控制足部各执行机构的动作,并采用CAN总线与机器人主控系统联接以发送传感器信息和接受控制命令.文中详细论述了系统的工作过程及其软硬件实现方法,实验结果验证了系统设计的正确性. 展开更多

关键词 三肢体机器人 控制系统 MSC1210 传感器

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轻烃含原油检测系统的研制

11

作者 樊继壮 张志武 +1 位作者 吴丽君 张永军 《哈尔滨理工大学学报》 CAS 2002年第4期33-35,共3页

针对化工产品轻烃在生产时混入原油的问题,提出了在透明液体中混入有色杂质的检测方法,并结合光电传感技术和微型计算机测控技术制作出了具体的检测设备,实现了在线实时检测.设备运行结果证明:该检测系统可以有效地防止轻烃生产过程中... 针对化工产品轻烃在生产时混入原油的问题,提出了在透明液体中混入有色杂质的检测方法,并结合光电传感技术和微型计算机测控技术制作出了具体的检测设备,实现了在线实时检测.设备运行结果证明:该检测系统可以有效地防止轻烃生产过程中原油的混入,保证了产品质量. 展开更多

关键词 轻烃 原油 检测系统 研制 光电传感器 浑浊度 测控技术 产品质量

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三肢体机器人行走步态规划研究

12

作者 樊继壮 李立毅 赵杰 《机械设计与制造》 北大核心 2013年第7期164-167,共4页

针对一种新型采用三腿机构形式的永磁吸附肢体机器人,其所具有的蠕动、翻转以及交叉三种行走步态可分别用于不同的工作场景。对机器人的三种运动步态进行了运动规划研究,为了降低机器人行走步态规划的复杂性,采用"合二为一"... 针对一种新型采用三腿机构形式的永磁吸附肢体机器人,其所具有的蠕动、翻转以及交叉三种行走步态可分别用于不同的工作场景。对机器人的三种运动步态进行了运动规划研究,为了降低机器人行走步态规划的复杂性,采用"合二为一"的策略,将机器人动作一致的两侧肢体作为一个肢体来规划,得到了具体的机器人运动规划算法。在此基础上,采用MATLAB软件进行了机器人行走步态运动仿真,仿真结果表明,机器人在采用三种步态行走时,各运动关节具有很好的运动连续性和平稳性,为后续运动控制系统的设计奠定了基础。 展开更多

关键词 三肢体仿生机器人 步态规划 步态优化 仿真

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气动肌肉驱动仿青蛙游动机器人结构设计

13

作者 樊继壮 孔彭城 张伟 《哈尔滨商业大学学报（自然科学版）》 CAS 2016年第5期516-520,525,共6页

仿青蛙游动机器人是仿生机器人领域内新的研究点.通过对生物青蛙机理分析,提出了拮抗式关节驱动模式,利用气动人工肌肉作为驱动器,可以很好地模拟生物肌肉的特点.建立了仿青蛙游动机器人的躯干、大腿、小腿和足部的结构模型,采用了层叠... 仿青蛙游动机器人是仿生机器人领域内新的研究点.通过对生物青蛙机理分析,提出了拮抗式关节驱动模式,利用气动人工肌肉作为驱动器,可以很好地模拟生物肌肉的特点.建立了仿青蛙游动机器人的躯干、大腿、小腿和足部的结构模型,采用了层叠式腿部空间配置方式进行了虚拟装配.通过对机器人运动学分析以及Adams仿真验证了结构设计的合理性,为研究和验证仿青蛙游动机器人其他关键问题提供了样机基础. 展开更多

关键词 青蛙 机器人 结构 运动学 ADAMS

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仿青蛙游动软体机器人控制系统设计

14

作者 樊继壮 于庆国 +1 位作者 闫旭 杜启龙 《哈尔滨商业大学学报（自然科学版）》 CAS 2018年第6期686-691,共6页

控制系统是机器人实现运动的关键.通过对所设计的由气动软体致动器驱动的仿青蛙游动软体机器人的机械结构和其仿生游动功能需求的分析,建立气动系统和电气系统,并通过Labview编写上位机软件,采用无线通讯的方式实现对仿青蛙游动软体机... 控制系统是机器人实现运动的关键.通过对所设计的由气动软体致动器驱动的仿青蛙游动软体机器人的机械结构和其仿生游动功能需求的分析,建立气动系统和电气系统,并通过Labview编写上位机软件,采用无线通讯的方式实现对仿青蛙游动软体机器人的远程调控以及数据采集,避免外接线束和管路对仿青蛙游动软体机器人运动的干扰,方便对仿青蛙游动软体机器人运动性能进行测试.经过实验验证,所设计的控制系统性能稳定、工作可靠,完全满足仿青蛙游动软体机器人的功能需求. 展开更多

关键词 青蛙 游动机器人 气动系统 电气系统

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基于栅格法的矿难搜索机器人全局路径规划与局部避障 被引量：36

15

作者 朱磊 樊继壮 +2 位作者 赵杰 吴晓光 刘罡 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第11期3421-3428,共8页

针对矿难发生后井下环境的不确定性,提出一种以矿难前的GIS(Geographic information system)地图为基础建立环境栅格模型并结合改进遗传算法的矿难搜索机器人全局路径规划方法。效仿蚁群算法中的信息素提出基于位置信息负反馈的方法,并... 针对矿难发生后井下环境的不确定性,提出一种以矿难前的GIS(Geographic information system)地图为基础建立环境栅格模型并结合改进遗传算法的矿难搜索机器人全局路径规划方法。效仿蚁群算法中的信息素提出基于位置信息负反馈的方法,并结合优先权分组的思想,提出一种新的有效的种群初始化方法,同时将该种群初始化方法应用到变异算子中,且依据最优解的变化情况自适应地调整交叉和变异的概率。与此同时,针对环境信息的不同变化情况,结合全局路径规划结果对机器人进行局部避障方法的研究。最后,通过仿真实验证明本方法能够快速有效地在已知环境中得到机器人的最优路径,并且能够在局部变化的环境中实现实时避障。 展开更多

关键词 搜索机器人 栅格法 全局路径规划 遗传算法 局部避障

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改进粒子滤波器的移动机器人同步定位与地图构建方法 被引量：12

16

作者 朱磊 樊继壮 +1 位作者 赵杰 吴晓光 《重庆大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第4期39-45,共7页

传统的基于粒子滤波器的移动机器人同步定位与地图构建(SLAM)方法往往随着迭代次数的增加会产生粒子退化的问题,提出了一种基于人工鱼群算法与定向重采样思想的改进的粒子滤波器用于移动机器人SLAM问题。方法首先将人工鱼群算法引入到... 传统的基于粒子滤波器的移动机器人同步定位与地图构建(SLAM)方法往往随着迭代次数的增加会产生粒子退化的问题,提出了一种基于人工鱼群算法与定向重采样思想的改进的粒子滤波器用于移动机器人SLAM问题。方法首先将人工鱼群算法引入到粒子滤波器中,从而使得粒子分布在重采样之前就更加接近真实情况,然后利用定向重采样的方法,使得新产生的粒子更加接近于真实的运动情况,从而提高了机器人的位置估计精度与地图创建精度。仿真实验结果证明了该方法能够得到更多的有效粒子,而且能够提高粒子的多样性,并且提高SLAM性能。 展开更多

关键词 粒子滤波器 移动机器人 同步定位与地图创建 粒子退化 人工鱼群算法 定向重采样

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强反射表面缺陷图像预处理 被引量：19

17

作者 杨永敏 樊继壮 赵杰 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第10期2288-2296,共9页

为了校正强反射表面图像的亮度不均匀性,抑制局部强亮度现象,同时使其保留足够多的原始图像信息,研究了强反射表面缺陷图像的预处理方法。分析了强反射表面的光学特性,研究了偏微分方程理论及同态滤波算法,在此基础上提出了一种基于偏... 为了校正强反射表面图像的亮度不均匀性,抑制局部强亮度现象,同时使其保留足够多的原始图像信息,研究了强反射表面缺陷图像的预处理方法。分析了强反射表面的光学特性,研究了偏微分方程理论及同态滤波算法,在此基础上提出了一种基于偏微分方程的同态滤波算法,即采用热传导方程滤波算子对同态分解的图像进行处理。引入信息熵对不同尺度参数下的处理效果进行评价,从而确定热传导同态滤波的尺度参数,并将该算法与背景去除法、基于小波的同态滤波算法进行了比较。对比实验表明,采用提出的算法处理后得到的图像其灰度级均匀分布在1～6之间,信息熵值均在91%以上。该方法校正了图像亮度的不均匀性,提高了图像质量,同时能保留足够多的原始图像信息。 展开更多

关键词 强反射表面 缺陷图像 图像预处理 偏微分方程 同态滤波

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基于置信传播的立体匹配并行算法 被引量：10

18

作者 周自维 樊继壮 +1 位作者 赵杰 刘晓丽 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第11期2774-2781,共8页

考虑在双目立体视觉匹配算法中置信传播算法虽然能获得较好的视差图但匹配速度较慢,本文提出了一种基于置信传播的并行匹配方法。该方法以置信传播为基础,采用并行机制来提高匹配速度。首先,利用最优边缘算法计算图像中的边缘信息;然后... 考虑在双目立体视觉匹配算法中置信传播算法虽然能获得较好的视差图但匹配速度较慢,本文提出了一种基于置信传播的并行匹配方法。该方法以置信传播为基础,采用并行机制来提高匹配速度。首先,利用最优边缘算法计算图像中的边缘信息;然后,利用边缘信息将整个待匹配视图切割成若干小的区域,使用OpenMP多核优化算法并行对各个小区域进行匹配;最后,合并出整个视差图。使用Meddlebury测试平台提供的立体图对进行了实验。结果表明,在保证匹配准确率的前提下,置信传播算法将匹配速度提高了3.51倍,为立体匹配的实际应用奠定良好的基础。该方法在具备多核处理器的嵌入系统中也有良好的应用前景。 展开更多

关键词 立体匹配 全局优化 最优边缘提取 置信传播算法

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基于超熵和模糊集理论的带钢表面缺陷分割 被引量：13

19

作者 杨永敏 樊继壮 赵杰 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第7期1651-1658,共8页

由于冷轧带钢表面缺陷图像中存在过渡区,在图像分割过程中既要利用灰度信息也要利用空间结构信息才能取得好的分割效果。因此,本文研究了信息熵中的超熵以及模糊集理论,根据超熵可以用来测度图像的空间结构,模糊集可以描述出图像灰度过... 由于冷轧带钢表面缺陷图像中存在过渡区,在图像分割过程中既要利用灰度信息也要利用空间结构信息才能取得好的分割效果。因此,本文研究了信息熵中的超熵以及模糊集理论,根据超熵可以用来测度图像的空间结构,模糊集可以描述出图像灰度过渡区的特性,提出了一种基于超熵和模糊集理论的图像分割算法。结合超熵和模糊集理论构建出模糊超熵,通过计算图像的最大模糊超熵所对应的最优隶属度函数参数组合确定了分割阈值,并利用该阈值完成图像分割。将该算法与Ostu以及一维最大模糊熵分割算法相比较,结果显示,本文算法能够准确地从背景中提取缺陷,有效地抑制了过分割现象。利用提出的误分割率和有效信息率对分割后的图像进行定量评价,结果表明,用本文算法分割后的图像有效信息率在3种方法中最高,均在82.7%以上,同时误分割率均低于2.1%。 展开更多

关键词 缺陷图像 模糊理论 超熵 图像分割

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支撑点扩展快速立体匹配方法的设计与应用 被引量：4

20

作者 周自维 樊继壮 +2 位作者 李戈 赵杰 张赫 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第1期207-216,共10页

为精确构建计算机立体视觉中的视差图,提出了一种快速全局优化匹配算法。该算法采用吉布斯随机场模型描述空间点与其邻域之间的关系,由改进的Graph Cuts方法对空间点的邻域进行匹配来获取场景的致密视差图。首先,计算出一组具有明确匹... 为精确构建计算机立体视觉中的视差图,提出了一种快速全局优化匹配算法。该算法采用吉布斯随机场模型描述空间点与其邻域之间的关系,由改进的Graph Cuts方法对空间点的邻域进行匹配来获取场景的致密视差图。首先,计算出一组具有明确匹配关系的稀疏匹配点,将这些匹配点命名为"支撑点";然后,对每一个支撑点的邻域进行扩展,采用改进的Graph Cuts全局优化算法计算扩展后的邻域空间的匹配关系,并将满足一定匹配度的邻域点设置为新的支撑点。最后,重复上述步骤并逐级扩展,直至扩展出的匹配空间覆盖整个视图,进而获取待匹配图对的致密视差图。实验结果表明,该方法不仅对不同场景视差图的质量具有良好的一致性,而且匹配速度较快(匹配时间约为0.8～1.2s),大大高于其他传统的全局匹配算法。为体现本文算法的实际应用价值,以Smart EyeⅡ立体视觉试验台为测试平台,对真实场景进行了视差图构建,取得了良好的试验效果。 展开更多

关键词 立体匹配 全局优化 马尔科夫随机场 吉布比斯随机场 光流

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