狭窄空间作业的蛇形机械臂优化设计与控制方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61873267
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0309.机器人学与智能系统
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The snake-like robot arm with the ability to operate in narrow spaces has a wide application prospect in many fields, such as nuclear power plant maintenance, aviation manufacturing, ship welding, electrical repair, etc. Aimed at improving the flexibility and accuracy of the motion trajectory in the narrow work space, in this project, the robot is studied to solve issues of the hybrid mechanism design, obstacle avoidance planning and trajectory motion control. The joint is designed with rotation and translation DOFs by combining the two kinds of mechanisms. By synthetic design and optimization, the overall mechanical scheme is proposed including the snake-like arm, the driving parts and the feeder platform. A motion planning method in joint space is addressed considering multiple constraints of the wire tension, obstacle avoidance and joint range limitation. With the method, the wire tension singularity issue can be resolved during the dynamic process. Based on the backlash compensation model, the trajectory tracking control method is studied to ensure high accuracy of the robot arm. With these works as basis, the robot prototype is integrated and performance testing is carried out to improve the design optimization. Through the research of this project, innovations in the design optimization and control method of multiple redundant robots will be achieved to form a reasonable snake-like arm system framework and provide a theoretical basis for the robot application in complex and narrow environments.
具备狭窄空间作业能力的蛇形臂机器人系统在航空制造、核电维护、船舶焊接、电气检修等领域有着广泛的应用前景。本项目以提高狭窄作业空间中机器人的运动灵活性和轨迹控制精度为出发点,主要解决复合运动机构、空间避障规划、运动轨迹控制等问题,研究具有旋转和伸缩复合运动方式的关节设计方法,通过运动机构、驱动系统、推进平台的综合设计与优化,形成机器人机构整体解决方案;研究带有钢丝张力、空间避障、关节限制等多约束条件的关节空间轨迹规划方法,解决冗余度机械臂动态过程的钢丝张力奇异问题和复杂环境的避障问题;研究基于钢丝背隙补偿的关节轨迹跟踪控制方法,解决钢丝牵引方式下蛇形臂末端位姿精确控制问题。在此基础上开展样机集成和性能实验研究,对机器人系统进行改进和完善。通过本项目的研究,在多冗余度机器人的设计优化与控制方法上得到创新成果,形成合理的新型蛇形臂系统设计框架,为复杂狭窄环境中的机器人作业提供理论基础。

结项摘要

本项目针对核电维护、航空制造、船舶焊接、电气检修等领域有着广泛的狭小作业场景,开展具备狭窄空间作业能力的蛇形臂机器人技术研究。本项目以提高狭窄作业空间中机器人的运动灵活性和运动轨迹精度为出发点,主要解决复合运动机构、空间避障规划、运动轨迹控制等问题,研究具有旋转和伸缩相结合的运动方式的关节设计方法,通过运动机构、驱动系统、推进平台的综合设计与优化,形成机器人机构整体解决方案;研究带有钢丝张力、空间避障、关节限制等多约束条件的关节空间轨迹规划方法,解决冗余度机械臂动态过程的钢丝张力奇异问题和复杂环境的避障问题。在此基础上开展样机集成和性能测试研究,对机器人系统进行改进和完善。通过本项目的研究,在多冗余度机器人的设计优化与控制方法上得到了创新成果,形成了新型蛇形臂系统设计框架,为复杂狭窄环境中的机器人作业提供了理论基础。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(2)
专利数量(9)
A Cable-Driven Hyperredundant Manipulator: Obstacle-Avoidance Path Planning and Tension Optimization
电缆驱动的超冗余机械臂:避障路径规划和张力优化
  • DOI:
    10.1109/mra.2021.3111832
  • 发表时间:
    2022-09
  • 期刊:
    IEEE Robotics and Automation Magazine
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Xu Dawei;li En;Guo Rui;Liu Jiaxin;liang Zize
  • 通讯作者:
    liang Zize
End-Effector Pose Estimation in Complex Environments Using Complementary Enhancement and Adaptive Fusion of Multisensor
使用多传感器的互补增强和自适应融合进行复杂环境中的末端执行器姿态估计
  • DOI:
    10.1155/2021/5550850
  • 发表时间:
    2021-04-16
  • 期刊:
    JOURNAL OF SENSORS
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    Luo, Mingrui;Li, En;Liang, Zize
  • 通讯作者:
    Liang, Zize
Object Reconstruction Based on Attentive Recurrent Network from Single and Multiple Images
基于单图像和多图像的注意力循环网络的对象重建
  • DOI:
    10.1007/s11063-020-10399-1
  • 发表时间:
    2021-01
  • 期刊:
    NEURAL PROCESSING LETTERS
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Zishu Gao;En Li;Zhe Wang;Guodong Yang;Bo Ouyang;Dawei Xu;Zize Liang
  • 通讯作者:
    Zize Liang
A Vibration Control Method for Hybrid-Structured Flexible Manipulator Based on Sliding Mode Control and Reinforcement Learning
基于滑模控制和强化学习的混合结构柔性机械臂振动控制方法
  • DOI:
    10.1109/tnnls.2020.2979600
  • 发表时间:
    2020-04
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems
  • 影响因子:
    10.4
  • 作者:
    Teng Long;En Li;Yunqing Hu;Lei Yang;Junfeng Fan;zize Liang;Rui Guo
  • 通讯作者:
    Rui Guo
Design and tension modeling of a novel cable-driven rigid snake-like manipulator
新型缆索驱动刚性蛇形机械臂的设计与张力建模
  • DOI:
    10.1007/s10846-019-01115-w
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Intelligent & Robotic Systems
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Dawei Xu;En Li;Zize Liang;Zishu Gao
  • 通讯作者:
    Zishu Gao

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其他文献

补肾方药归经与靶器官雌激素受体
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    武密山;李恩;赵素芝;白霞;李
  • 通讯作者:
太阳能富集地区居住建筑非平衡保温研究——拉萨市非平衡保温传热系数限值研究
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  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
    建筑科学
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  • 作者:
    李恩;刘加平;张卫华
  • 通讯作者:
    张卫华
饮用水紫外-氯联合消毒工艺研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    净水技术
  • 影响因子:
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  • 作者:
    王黛瑶;李恩;李刚;梁嘉良;赵志伟
  • 通讯作者:
    赵志伟
益气活血法治疗急性缺血性脑卒中气虚血瘀证临床疗效和安全性的Meta分析
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2013
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  • 作者:
    韩辉;崔然;杨文明;韩明向;梅塞;李恩;王世忠;王斌斌
  • 通讯作者:
    王斌斌
Dehydrogenative Annulation of γ,δ-Unsaturated Amides and Alkynes via Double C―H Activation
通过双 C-H 活化实现 γ,γ-不饱和酰胺和炔烃的脱氢环化
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    物 理化学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王珍;李恩;和志奇;陈杰安;黄湧
  • 通讯作者:
    黄湧

其他文献

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李恩的其他基金

面向受限空间作业的机器人环境感知与规划控制技术研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
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  • 批准号:
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    2022
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  • 项目类别:
    面上项目
混合结构液压柔性臂机器人的振动控制方法研究
  • 批准号:
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  • 批准年份:
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  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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