刘桂荣
- 作品数：9 被引量：64H指数：2
- 供职机构：辛辛那提大学更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金天津市科技计划更多>>
- 相关领域：自动化与计算机技术理学一般工业技术金属学及工艺更多>>
- 机械臂动力学分析及关节非线性摩擦模型建立被引量：30
- 2020年
- 现有研究大多采用分段线性组合而成的拟非线性摩擦模型来描述机械臂各关节摩擦力矩大小及其分布,忽略了低速区关节摩擦的实际非线性变化,而该非线性变化恰恰是影响机械臂轨迹精度及稳定性的关键因素之一。基于此,着重研究机械臂关节非线性摩擦模型及其对机械臂末端轨迹的影响。对多关节机械臂进行几何机构建模,对任意设定的机械臂理想运动轨迹,通过机构运动学分析得到各关节的角位移、角速度和角加速度。考虑非线性摩擦,建立高可靠性的关节非线性摩擦的一般模型。对给定的理想运动轨迹下的角位移、角速度和角加速度进行Newton-Euler反向动力学分析,从而得到各关节的非线性驱动力矩。基于一般非线性摩擦模型,将得到的驱动力矩代入正向动力学模型中得到机械臂末端实际的运动轨迹。通过上述分析步骤,深入研究各关节在不同类型驱动力矩组合条件下对机械臂末端运动轨迹、及各关节角位移的影响。研究结果表明机械臂各关节的不同摩擦形式对末端运行轨迹影响显著,各关节驱动力矩的变化对其相邻关节的角位移也有明显影响。
- 段书用李昌洛韩旭刘桂荣
- 关键词：机械臂动力学建模
- 具有确保安全距离的A^*路径优化方法被引量：29
- 2020年
- 机器人或机械臂在工作空间中,路径的合理规划是提高搜索效率、减小搜索距离、确保作业安全的关键。现有的路径规划算法搜索过程复杂,在减小搜索距离的同时牺牲了对安全性的高可靠度考量。因此,本文提出一种改进的A^*路径规划算法,在保证搜索效率的同时,确保沿着路径执行任务时的安全性。通过4邻域搜索A^*算法与多邻域搜索A^*算法的搜索时间、搜索距离、转折点个数对比,选择搜索时间较短,转折点个数较少的4邻域搜索作为搜索方式;在标准A^*算法中加入安全距离矩阵,并改进其启发函数。提出针对不同环境条件下保证路径安全性要求的具体方法;提出基于不同环境工况条件下可确保安全距离的轨迹优化方法。研究结果表明本研究提出的改进A^*算法的路径转折点少,搜索时间短,后处理简便,且能确保沿着路径执行任务时的安全性。
- 段书用王启帆韩旭刘桂荣
- 关键词：机器人路径规划A^*算法启发函数
- 一种新的复合材料参数精确逆向识别方法
- 精确的材料参数对构件的设计、优化和力学行为的预测至关重要。目前,基于标准样件测试获取材料参数,作为构件整体的材料参数的方法对简单构件的非精确计算比较适用。然而,对于较为复杂的复合材料构件或需精确计算的复合材料构件,由于其...
- 段书用张湛明刘桂荣
- 关键词：材料特性
- 文献传递
- 高维数据自适应降维方法
- 2024年
- 针对复杂装备及结构中高维信息导致的反求设计、优化设计、可靠性设计与分析时计算难度大、计算效率和精度低等问题,提出高维数据自适应降维方法—引导约束自编码降维方法。该方法基于主成分分析法能根据高维数据的相关性得到高质量的线性低维数据,与无监督训练的自编码器具有对降维数据质量自我重构的特点,提出正交引导和正交约束的双重策略,对自编码网络进行无监督训练,以达到高精度、高效率降维的目的。该方法主要有以下策略:首先利用主成分分析法快速得到由特征向量构造而成的具有正交特性的投影矩阵,然后将其用于预设自编码器中的可训练参数,以保证初始训练参数的正交性;其次在自编码器训练中继续施加权值正交约束即无相关性特征约束,以减少信息的冗余从而保证低维数据的独立性;同时,施加单位范数约束以避免梯度消失,最终得到具有高度正交特性的降维特征。为验证该方法的有效性,将该方法用于碳钎维和玻璃纤维混合铺层的复合材料层合板的材料参数反求,通过参数反求的精度来评估不同降维方法的性能。研究结果表明,该方法可高效的得到高质量的线性及非线性降维信息,有效克服了主成分分析法仅可实现高维信息的线性降维和标准自编码器降维数据精度低的缺点,并且显著提高了复合材料层合板的参数反求精度。
- 段书用杨建华韩旭刘桂荣
- 关键词：神经网络降维方法主成分分析
- 具有光滑-直行功能的Q-Learning路径优化算法被引量：1
- 2022年
- 移动机器人作业路径的合理规划是其安全高效完成作业任务的关键。现有的路径规划算法大部分是基于已知全局环境信息后,再进行路径规划。因此,针对移动机器人在静态未知环境中的路径规划问题,提出了一种具有光滑-直行功能的Q-Learning(SSQL)算法并将其用于移动机器人的路径规划中。该算法在提高Agent学习效率的同时可确保路径为光滑连续的最短曲线,以改善其行走动力学性能及效率。SSQL算法包括三个主要新方案:首先,基于Q-Learning算法对未知环境进行预探索,在Agent首次找到目标点后,依据预探索信息,构建虚拟矩形环境,并在其内部增加引导Q值,以提高Agent学习效率。同时,将Agent找到的路径进行跳点优化,以达到消除冗余路径、减少路径转折点和缩短路径长度的目的。进而,在路径转折位置采用贝塞尔曲线进行路径平滑处理,并使最终路径能满足移动机器人动力学约束。将该算法与Q-Learning算法在不同环境下进行对比试验,研究结果表明,SSQL路径规划算法对大型未知环境的探索表现出优异的优化效果,具有收敛速度快,规划的路径短、转折点少等优点,且能确保移动机器人沿规划路径作业的平滑性和安全性。
- 段书用章霖鑫韩旭刘桂荣
- 关键词：移动机器人Q-LEARNING贝塞尔曲线
- 求解固体力学反问题的广义边界控制方法被引量：2
- 2015年
- 基于广义边界控制方法和有限元方法,探讨了一类固体力学反问题的数值求解方法.将柯西反问题转化成线性代数方程组,得到一个求解此类柯西反问题的直接算法.为克服测量数据中随机扰动带来的不适定性,得到一组稳定的解.此外,还应用Tikhonov正则化方法,并用L曲线法为正则化方法选取合适的正则化参数.数值实验结果表明,基于有限元方法的广义边界控制是稳定且有效的.
- 王明清刘桂荣
- 关键词：有限元方法TIKHONOV正则化
- 基于梯度平滑算子的一致守恒的新粒子方法(CCPM)及其在自由表面流中的应用
- 梯度平滑方法(GSM)是一种基于梯度平滑算子的能独立处理复杂工程问题的高效数值计算方法[1]。鉴于它在欧拉体系问题中的优异表现,GSM 已被应用于模拟拉格朗日体系下的粒子流动[2]。作为一种类似于SPH[3-5]的粒子类...
- 刘桂荣毛子瑞
- 关键词：无网格法
- 机器人关节非线性摩擦模型关键参数反求被引量：1
- 2022年
- 机器人关节非线性摩擦的准确描述对提高机器人轨迹精度、定位精度及其可靠性等具有重要理论意义和科学价值.然而,机器人关节通常包含电机、减速器、驱动器和传感器,是一个复杂的机电耦合系统,随服役时间及工况的变化,机器人关节的摩擦参数也存在显著时变效应,难以准确描述,造成轨迹精度下降,为机器人后期精度维护造成巨大困难.因此,本文定量评价了摩擦参数对机器人输出力矩的影响,提出考虑时变效应的机器人关节非线性摩擦参数反求方法.首先,建立机器人关节一般非线性摩擦模型.设计机器人关节恒速跟踪实验,通过卡尔曼滤波对实验采集的数据进行处理,进而建立关节速度和驱动电机电流之间的关系,完成关节一般非线性摩擦模型建立.其次,择取非线性摩擦模型关键参数.建立包含非线性摩擦的机器人动力学模型,基于激励轨迹计算各关节力矩,并对其开展灵敏度分析,择取对关节力矩灵敏性较高的摩擦参数.再次,建立关节输出力矩和摩擦参数一一对应的数据集.基于实际工况构建摩擦参数取值空间,采用最优拉丁超立方法对摩擦参数采样,并将其代入机器人动力学模型计算出相应的力矩,从而求得关节输出力矩和摩擦参数一一对应的数据集.最后,建立反问题神经网络并对其进行训练,实现非线性摩擦模型关键参数反求,并进行验证.研究结果表明关节非线性摩擦的准确描述减小了机器人低速运动换向时摩擦力矩突变对机器人轨迹的影响,显著提升了机器人轨迹精度.
- 段书用段浩东韩旭李昌洛欧阳衡李雨乐刘桂荣
- 关键词：机器人参数辨识
- 多工况下油罐车罐体的轻量化设计被引量：1
- 2018年
- 油罐车罐体约占整车质量的12%~24%,对其进行轻量化设计对降低发动机油耗、提高油罐车的操控稳定性等至关重要.然而,金属罐体结构已趋成熟,基于通用金属材料性能及其对应结构层面上的优化已难以满足当前高性能轻量化油罐车的需求.考虑到油罐车多工况工作条件,以及复合材料优异的力学性能和可设计性强的特性,构建了一种新型轻质复合材料罐体结构.基于参数化建模方法构建罐体的三维模型,并通过数值模拟方法详细研究罐体在静态和动态条件下的应力分布情况.通过模态分析来确定罐体的主要基本阶的固有频率和相应振型,为发动机选型提供参考依据.结果表明,在满足多工况性能要求的前提下,复合材料模型质量比钢材降低了64.1%,比铝材降低了19.8%.
- 李雪瑞段书用刘桂荣
- 关键词：复合材料结构轻量化多工况模态响应
