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关键词： 机械臂末端定位   视觉   噪声   粒子滤波   交互多模型  

摘要： 在卫星的装配过程中,传统的安装手段已经不能满足工作效率以及安装精度的要求。机械臂定位精准、工作快捷,是卫星等航天器材装配的必然选择。机械臂末端的定位是其应用的关键,也是近年来研究的重点。定位过程涉及传感器、计算机、信号处理等多个领域。本文以机械臂末端定位过程中的噪声为研究重点,从非线性滤波算法和移动机械臂末端的运动模型进行了研究。主要研究内容如下:首先,对机械臂的发展及应用进行了简单总结,针对机械臂末端定位的影响因素进行了详细分析,重点研究了噪声对定位精度的影响。根据UR3机械臂的参数,利用D-H法则建立机械臂模型,并对机械臂的正、逆运动学进行了分析。对视觉观测系统、坐标系的转换以及图像的处理、摄像机的标定过程进行了分析,并通过初步实验对摄像机参数进行了标定,通过仿真实验验证了视觉定位的精度。其次,针对机械臂末端非线性程度较高的问题,对蒙特卡洛方法进行了研究。在对比分析了粒子滤波和卡尔曼滤波的基础上,利用粒子群算法对粒子滤波进行改进,改善了粒子先验分布与似然函数的重合度较低的问题。仿真结果表明改进后算法较原算法有更好的定位精度。然后,针对不同运动模型的应用场合,分析了上述两种滤波器下交互多模型算法的滤波效果。采用自适应抗差算法的状态不符值对交互多模型算法的更新过程进行改进,改善了野值点造成的低精度问题。仿真实验结果证明了改进算法具有更好的性能。最后,采用摄像机、客户端、控制柜、UR3机械臂组成的实验平台进行了整体实验验证。通过对实验结果的分析,证明了本文提出的定位方式性能优异,能为自行设计的机械臂提供一种可行的机械臂末端定位方式。

关键词： 直流双臂电桥   不确定度   自由度   评定  

摘要： 我们分析了对直流双臂电桥测量的工作原理,在应用中应该注意的问题,根据《计量标准考核规范》《测量不确定度评定与表示》的测量标准,利用整体检定测量方法检测直流双臂电桥过程的测量不确定度的来源问题,各分量的标准和鉴定装置的相对扩展的不确定度评定.进行检测工作时示值误差范围测量的不确定度的评断方式.

关键词： 位姿调节机构   误差分析与标定   运动学与动力学分析   空间薄膜相机  

摘要： 随着空间在轨对地观测对成像要求逐渐提高,高分辨率、高刚度和大口径空间薄膜相机将起到不可替代作用。本文针对对地观测成像需求,开展六自由度位姿调节机构详细设计、分析和地面样机研制。并围绕位姿调节机构在空间薄膜相机中的应用,开展空间薄膜相机系统力学分析、位姿调节精度和范围分析。根据位姿调节机构的设计要求,构型优选并选择Stewart机构作为基础构型,详细设计六自由度位姿调节机构。根据牛顿迭代法进行位姿调节机构的正运动学求解,根据位姿调节机构一、二阶影响系数矩阵法,求解位姿调节机构上平台速度加速度,并与微分法对比。使用ADAMS软件对位姿调节机构进行运动学仿真。基于蒙特卡洛方法求解位姿调节机构可达工作空间、定位姿工作空间和完全工作空间,验证该机构满足调节范围设计要求。考虑轴承间隙和加工尺寸误差,建立六自由度位姿调节机构误差模型,并根据工程参数,计算位姿调节机构上平台误差分布。基于推杆残差方程,构建位姿误差标定模型,并根据最小二乘方法推导位姿调节机构的结构参数标定公式。建立位姿调节机构外载荷与推杆受力关系,计算运动过程中上平台承载情况下,推杆受力变化情况。根据拉格朗日方程,构建位姿调节机构动力学模型,并计算运动时推杆受力变化情况。研制位姿调节机构的地面原理样机,对位姿调节机构样机进行位姿调节功能验证试验,验证位姿调节机构的调节性能。对位姿调节机构进行重复展开精度、运动精度试验,验证误差模型正确性,并进行静刚度试验。这些设计与分析为在轨位姿调节机构设计提供理论支持。基于铰接三角形桁架式伸展臂,提出了丝杠驱动的伸展支撑结构系统,设计主镜和伸展臂系统同步展开的倒锥式空间薄膜相机系统。并对该伸展支撑结构系统建立刚度等效模型,推导计算空间薄膜相机系统刚度与伸展臂结构参数间的关系表达式,并建立在轨系统CAE仿真模型,分析位姿调节机构和伸展臂尺寸参数对空间薄膜相机系统前六阶频率的影响。将位姿调节机构应用于空间薄膜相机的主镜调节中,并分析调节精度和调节范围。

关键词： 贸易协定自由度   发达国家   量化分析  

摘要： 随着国际贸易发展的深入,传统多边体制下的自由贸易谈判已经越来越不能适应国际贸易的新环境,这促使各国转而依靠双边或多边区域贸易自由化谈判来达成覆盖范围更广,协议水平更高的贸易协定。我国近年来也已经认识到这一趋势的重要性,积极与其他国家签署了一系列双边自由贸易协定,区域贸易自由化建设初具规模。这其中,发达国家由于经济总量庞大、产业结构先进完善和营商环境优秀等因素与我国拥有巨大的贸易潜力,与更多发达国家签署双边自由贸易协定,对我国未来的经济发展具有更加重要和长远的现实意义。因此,透彻研究我国目前与发达国家已经签订的自贸协定,了解其优点以及存在的不足,有助于我们在更全面认知自贸协定应有之义的同时,对我国今后与更多发达国家开展自贸协定的谈判和签署提供政策建议。鉴于此,本文首先概述了我国自贸协定的总体发展状况,对我国已签署、正在谈判以及正在研究的自贸协定做了介绍,并从已与发达国家签署的自贸协定中根据国家经济发展的特点选取我国与新加坡、澳大利亚、瑞士和韩国签署的自贸协定作为研究对象进行量化分析。其次,在回顾和归纳已有对贸易协定条款进行量化分析研究相关文献的基础上,本文使用APEC自由贸易协定“议题-条款-核心要件”三级分类框架构建了包含“覆盖率指数”、“广度指数”和“深度指数”在内的立体全方位指标体系,并使用这些指标对协定进行了量化。对协定整体覆盖率指数的分析表明,协定对于自贸议题均达到了较为完整的覆盖,同时与不同国家签订的自贸协定在涉及的具体议题上有所不同。对协定整体广度指数和深度指数的分析表明,相较于覆盖率指数,协定整体的广度指数和深度指数明显偏低,体现出协定在“条款”层级和“核心要件”层级还有很大的提升空间。进一步,对具体议题的广度指数和深度指数的分析表明,同一议题横向比较,广度指数普遍大于深度指数,体现出我国在自贸协定谈判中倾向于优先提升协定对条款的覆盖,而后再考虑协定可执行性的特点;不同议题纵向比较,包含市场准入、原产地规则、海关程序、卫生与植物检验检疫、技术性贸易壁垒、贸易救济、争端解决在内的传统领域议题在广度指数上优于包含政府采购、投资、跨境服务贸易、竞争政策、知识产权、劳工、环境、电子商务、合作以及透明度在内的新领域议题,后者则在深度指数上优于前者,体现出我国在新领域议题的谈判上更为务实的特点。随后,本文深入到核心要件层面,对协定核心要件在条款上的分布做了分析。结果表明,协定文本在传统领域议题内基本能做到一定的实质性承诺,保证了协定在这些领域的可执行性。之所以深度指数较低,是因为每一条款下辖核心要件数目太多,在有限的谈判时间内难以达成更大规模的共识。新领域议题的情况比较复杂,除去所有协定都未能涉及的劳工和政府采购议题,协定仅在跨境服务贸易议题上很好地覆盖了关键条款内的核心要件,进而达到了较高的自由度水平。竞争政策和环境议题尽管有着不错的指数表现,但均没有涉及包含实质性承诺的核心要件,仅仅涵盖了一些象征性条款,因而协定在这两个议题上并不具备可执行性。协定在投资、知识产权、电子商务、合作以及透明度议题上包含了一定的关键要件,但一旦涉及到法律规制相关内容,往往一片空白。新领域议题标准的制定通常由发达国家所主导,在法律规制方面呈现出高标准的特点,这就使得我国在国内相关法律法规尚待完善的背景下更加难以与发达国家就此进行有效的谈判,最终削弱了协定在新领域议题上的可执行性。最后,基于以上的结论,本文认为我国在未来与发达国家进行的自贸谈判中应积极评估低自由度议题,明确我国核心利益诉求,并且注重提升传统贸易领域议题的深度水平,加快推进国内相关法律法规与国际接轨。除此以外,还应根据国家经济特点有的放矢进行自贸谈判,同时在谈判中主动出击,最大限度争取本国利益,使得协定的签署和实施真正成为推动我国未来经济发展的不竭源泉。

关键词： 电法测井   推靠器   虚位移原理   优化设计   运动学分析  

摘要： 随着测井深度的加深,井下环境更加恶劣,保证测井仪器的工作系统稳定具有重要意义。在测井过程中,设备测量部分需要推靠器紧贴井壁来获得地层数据,所以,推靠器性能是决定测井仪器性能好坏的重要因素。在测井过程中,推靠器打开回收速度、推靠力大小、控制电路等方面都能体现推靠器的稳定性。文章从电法测井入手,对电驱动推靠器发展现状和技术手段进行研究。首先通过对比现有的推靠器动力传输结构,提出了更为有效的动力传输结构。其次运用虚位移原理,对推靠臂的运动关系进行了分析计算,建立了测井直径和所需弹簧力的关系表达式。根据关系表达式和设计要求确定目标函数及约束条件,通过Matlab软件编程对测井仪器推靠臂进行优化设计,在精简推靠器长度的同时保证了最佳推靠性能。针对井下高温高压环境,对推靠器系统中所有的关键部件进行了设计选型,保证推靠器在恶劣环境中更好的完成服役。最后,结合ADAMS对系统进行运动学分析,模拟推靠臂张开的时间和运动性能,验证推靠器设计和分析的合理性,形成一套具有可靠性功能的、实现更强功能的电驱动推靠器。

关键词： 自由度   游戏   玩法  

摘要： 现在的游戏自由度越来越高,让每个玩家都能按照自己的玩法去玩,而很多时候因为不同国度的玩家文化的不同对游戏理解会不一样,导致玩法也会产生差别。于是不少游戏就让调皮的中国玩家的给玩"歪"了,比如最近很火的《冰汽时代》就被玩成了生产大自救……《冰汽时代》:末日游戏被中国玩家玩成了"生产大自救"因制作反战游戏《我的战争》而出名的波兰厂商11Bits推出了新作《冰汽时代》。游戏中玩家要管理一座建立在冰天雪

关键词： 机器人   控制系统   MQXLite   逐点比较法   多功能  

摘要： 机器人作为一种先进的制造设备,广泛应用于各个行业。在机器人的发展过程中,机器人控制系统的研究与应用一直是探讨的热点之一。随着微控制器性能提升,以微控制器为核心的控制系统受到越来越多的关注。为此,本文针对以微控制器为核心的工业机器人控制系统展开深入研究,研究内容主要包括以下四个方面:(1)针对三自由度机器人精度、高性能、实时性等需求,本课题选用恩智浦公司新款的高性能微控制器K64作为核心处理芯片,同时围绕该处理芯片给出了可通用硬件设计方案,并基于构件化设计思想来设计主控器电路和相关外围电路。(2)机器人控制软件作为整个控制系统的核心,基于软件工程构件化思想的基础上,对机器人控制系统的底层驱动构件和应用层构件进行设计。同时,为了提升系统实时性,并发性和中断响应性能,将轻量级实时操作系统MQXite引入到机器人控制系统中,并将复杂功能分割成多个独立的任务,有效地降低编程难度。(3)为了使机器人执行精度和效率提高,引入插补算法。算法的核心思想是利用下一目标点的运动趋势来确定给进位置。经验证,改进后的算法在机器人插补效率和插补精度上都有显著提升。(4)在分析控制系统功能需求的基础上,进行上位机开发。通信双方基于协议,以模块化设计思想进行开发。以码垛机器人和写字机器人为实验平台,验证整个控制系统的可行性与可靠性。本课题研究的以K64为核心的三自由度交互型机器人控制系统,基于构件化设计思想进行软硬件设计。通过实验的验证,配合不同的末端执行器,可以完成多种功能需求,具有一定通用性且具有较高的工作精度。

关键词： 六自由度机器人   双目视觉   目标定位系统   Canny边缘检测   Hough变换  

摘要： 我院实验室抓料机械人在抓取物料时采取示教再现方式进行工作。所谓示教再现是指操作员引导机器人手动执行任务，记录下这些动作并由机器人以后再现执行，即机器人按照记录下的信息重复执行同样的动作。示教再现机器人智能水平低，属于“木偶式”机器人。当目标位置摆放或姿态稍有偏差，机器人就不能准确抓取。为提高该机器人智能水平，本课题在该机器人上增加双目视觉系统即“一双眼睛”，让机器人自行判断目标的位置和姿态，自行调整机械手位姿，实现准确抓取。　　课题应用D-H法对所研究的机械手臂建立了数学模型，并求解运动学正解方程及运动学逆解，通过正解可以在已知各个关节的转角的情况下求得机械手末端执行器的位置和姿态，通过逆解可以在已知目标位姿的情况下求得机械手各关节转角。课题在ADAMS中建立了机械手模型，并对该模型进行了运动学仿真，通过仿真实验，验证了本课题所研究的机械手结构正确可以满足课题所需要的动作要求。　　本课题所研究的机器视觉系统将主要分为两个部分，图像处理和位姿信息提取。图像处理所要解决的问题是如何将机械手臂所要抓取的物料从图像中辨别出来。位姿信息提取，所要解决的问题是如何将图像中目标物体的位置和姿态信息检测出来。通过对文献的查阅与研究，筛选出已有的视觉算法应用于所研究的视觉系统的位姿信息提取部分。视觉系统的图像处理分所涉及到的算法需要进行新的研究。主要原因是，边缘检测中广泛采用Canny算法，但因为其本身存在一些天然的缺陷不能直接应用于工业机器人上。第一，在进行高低阈值选取时需要人为设定，适应性差并且依赖人的经验。第二，在判断经非极大值处理后处于两阈值中间点是否为边缘点时，判断依据单一，容易混入更多的假边缘。通过研究现有机器视觉成果提出了相应的解决方案。第一，将迭代式自适应阈值法应用于Canny算法中，使算法有自主选择阈值的能力。第二，因为相邻边缘点处于相似的梯度环境中因此，使用梯度方向和（SumofGradientDirection简写为SGD）进行辅助判断边缘点。在轮廓提取中，Hough变化是一种优秀的轮廓提取办法，但是因为其局限性而无法直接应用于机械手视觉系统上。主要原因有：第一，Hough无法自主分辨拟合轮廓所需的曲线类型，导致算法无法提取多种曲线混合的轮廓。第二，Hough变换在拟合高次曲线时计算过于复杂。第三，Hough算法没有过滤无用边缘点的步骤造成不必要的计算。为使视觉系统能够应用于机械手上，文章提出了改进算法用以克服Hough算法的缺陷。改进的方面包括：第一，利用边缘点之间的几何关系判断拟合轮廓所需的曲线模型，提高算法的智能性。第二，引入最小二乘法用以拟合高次曲线，用以减少计算量。第三，利用边缘点之间的位置关系判断出无用边缘点并且清除。　　课题的最后进行了六自由度机器人双目视觉目标定位系统开发与实验，实验采用张正友标定法利用matlab软件对相机进行标定，采用VC++语言和openvc对视觉系统和机器人控制系统进行编程，使机器人可以根据视觉系统反馈回来的位姿信息进行各关节的转动角度计算，并且控制各个关节转动，对目标物体进行抓取。经实验证明，课题所建立的六自由度机器人双目视觉目标定位系统可以控制机械手完成发现目标并对目标抓取放置在指定位置的工作。

关键词： 稳定平台   并联机构   预测补偿算法   时序预测  

摘要： 舰载稳定平台的主要作用是在波浪干扰环境下提供一个相对稳定的工作条件,广泛应用于海洋资源开采、舰载武器稳瞄以及卫星通信、舰载直升机起降等领域。舰载稳定平台无论是对经济发展还是军事国防都有着深远的意义。目前舰载稳定平台的主流结构还是基于陀螺仪的串联转台,但是单独使用这种结构的稳定平台最多补偿三个自由度的扰动。而基于Stewart构型的并联机构则具备空间六个自由度的运动,因此将其作为稳定平台在理论上是可以实现对扰动全补偿的,本文所研究的舰载稳定平台正是基于这种构型的并联机构。虽然六自由度稳定平台可以实现扰动全补偿,但是在应用中仍然面临着设计及控制等方面的技术难题。本文首先对六自由度稳定平台的结构组成和工作原理进行说明,然后在定义了稳定平台坐标系的基础上建立了包括位姿正、反解在内的运动学模型,并建立了稳定平台的单刚体动力学模型。为了最大化并联机构的优势,本文采用液压伺服作动器作为稳定平台的执行机构。首先建立了阀控非对称正、反向统一形式的动力机构数学模型,之后对动力机构的工作特性进行简要分析。随后采用动压反馈和前馈补偿环节对液压单通道系统进行校正,意在尽可能提高系统的响应速度。另外,搭建了稳定平台系统的Simulink和ADAMS联合仿真模型,通过仿真验证了前述模型的正确性。通过联合仿真分析发现,系统的响应滞后是影响稳定平台稳定精度的主要因素之一。考虑到波浪影响下舰船的运动具有一定的可预测性,因此提出通过预测的方式来补偿系统的滞后。本文采用的是基于时间序列的自回归模型对舰船运动的趋势进行预测,为了得到预报模型需要完成模型定阶和模型参数辨识这两个工作。模型定阶采用的是AIC信息准则,该准则通过权衡模型的复杂程度和精确程度来确定模型的最佳阶次。模型参数的辨识则采用以下两种方法:一种是基于加权递推最小二乘的参数估计法;另一种是基于Kalman滤波估计原理的方法。通过仿真分析可以看出,通过这两种参数估计法所确定的模型均能有效提高平台的稳定精度。其中后者由于加入了统计特征,因此其预测结果相对优于前者。最后,本文通过试验对所提出的预测补偿控制算法进行了试验验证,试验数据表明所采用的预测补偿控制算法能够有效地提高系统的稳定精度,该预测补偿控制算法具备一定的实用性。

关键词： 空间机器人   柔性帆板   鲁棒控制   容错控制   奇异摄动   目标捕获  

摘要： 随着航天技术的不断发展,空间机器人因其能够适应空间恶劣的环境、长时间在舱外工作、降低在轨服务成本、提高在轨服务效率以及完成宇航员难以胜任的高精度、高可靠度任务等优势,已经成为当前在轨服务技术发展和应用的热点之一,并逐渐应用于空间站建造与运营支持、卫星组装与服务、行星表面探测与空间实验等任务中。由于空间机器人系统动力学方程本身所呈现的复杂非线性和耦合性,加上一些大型挠性部件的使用（如帆板）,使得其在动力学以及捕获动力学问题上面临诸多的难题。此外,由于空间机器人系统结构复杂并工作在恶劣的空间环境下,导致动力学系统的参数难以确定并且有可能引起系统执行机构发生故障或失效,使得其在控制系统设计方面也面临着巨大的挑战。本学位论文在国家自然科学基金（11772187）和上海市自然科学基金（14ZR1421000）的资助下,开展了带柔性帆板的六自由度空间机器人动力学与控制问题的研究,主要研究内容和成果总结如下:（1）对带柔性帆板的六自由度空间机器人的动力学建模问题进行了研究。基于单向递推方法和虚功率原理详细地推导了空间机器人的运动学方程、动力学方程,并且通过与商业软件ADAMS的仿真计算结果对比验证了本文所建立的模型的正确性。仿真结果表明,本文方法所建立的动力学模型能够取得与ADAMS一致的结果;帆板柔性对系统动力学特性有着重要的影响。（2）以带柔性帆板的六自由度空间机器人为研究对象,对考虑系统参数不确定性的轨迹跟踪控制问题进行了研究。基于计算力矩方法,设计了考虑系统参数不确定情况下实现轨迹跟踪的鲁棒自适应控制器,并且通过Lyapunov理论对控制器的稳定性进行了证明;最后通过数值仿真对所设计的控制器进行了验证。仿真结果表明,利用本文所设计的控制器,带不确定参数空间机器人系统的机械臂关节可以到达期望角度,并且保持本体的位形不变,同时能够有效地抑制柔性帆板的弹性振动。（3）以带柔性帆板的六自由度空间机器人为研究对象,对考虑系统作动器失效的轨迹跟踪控制问题进行了研究。针对系统关节失效的情况,利用滑模理论和Lyapunov稳定性理论设计了机器人实现轨迹跟踪的滑模容错自适应控制器,并对闭环系统的稳定性进行了分析;通过数值仿真对比验证了控制器的有效性。仿真结果显示:使用本文所设计的容错控制器,不管作动器是否发生失效,都可以取得很好的控制效果;然而,当作动器发生失效而不处理时,控制效果明显变差;在本文控制器的作用下,柔性帆板的弹性振动同时能够得到有效抑制。（4）以带柔性帆板的六自由度空间机器人为研究对象,对机器人系统轨迹跟踪过程中的柔性帆板弹性振动的控制问题进行了研究。基于奇异摄动理论,将空间机器人系统动力学方程分解为刚体运动的慢变子系统和弹性振动的快变子系统;分别对两个子系统进行子控制器的设计,其中慢变子系统采用的是计算力矩控制器,快变子系统采用的最优控制,从而得到系统总的复合控制器;最后进行仿真对比验证复合控制器的有效性。仿真结果表明:在本文控制器的作用下,空间机器人系统的机械臂关节可以到达期望角度,本体的位形可以得到有效抑制,同时柔性帆板的弹性振动也能得到抑制;复合控制方案中的快变子系统控制器对空间机器人系统的控制效果具有很大影响。（5）对带柔性帆板的空间人的捕获动力学及控制问题进行了研究。首先,利用Hertz接触碰撞理论来描述空间机器人与捕获目标之间的相互作用,主要包括接触碰撞力的计算和渗透深度的实时检测;然后,将接触碰撞力集成到第二章的系统动力学方程中,从而建立起机器人与捕获目标的整个系统的动力学方程。最后,为了保证机器人能够顺利的完成捕获任务,基于计算力矩方法设计了主动控制器以顺利实施捕获。仿真结果显示,帆板的柔性对系统碰撞动力学特性有很大的影响;斜碰会改变系统的姿态;在本文控制器的作用下,空间机器人系统的本体的位移可以得到有效的抑制,同时柔性帆板的弹性振动也能得到抑制。