加工多类型晶圆的集束型装备调度模型

研究了加工多类型晶圆和有滞留时间约束的集束型装备调度问题,其中包括晶圆排序和双臂机械手搬运作业排序两类问题.分别推导了三类不等式约束条件,包括加工模块处于加工和空闲两种状态下的滞留时间约束、任意单个和两个搬运作业情况下的机械手搬运能力约束,以及加工模块能力约束,建立了以最小化生产周期为目标的混合整数规划模型.典型生产实例和随机算例的仿真结果验证了模型的可行性和有效性.     

基于遗传算法的机器人任务优化调度研究

工业机器人应该在尽可能短的周期内完成复杂的任务,以获得高生产率.确定机械手末端执行器访问多个任务点的最佳路径的问题与著名的旅行商问题(TSP)相似,但并不完全相同.为了使TSP适应机器人技术,需要优化的度量是时间而不是距离.另外,任意两点之间的行程时间受机械手构型的选择影响较大.因此,需要考虑运动学逆问题的多重解.逆运动学问题的求解是机器人控制的基础.许多传统的逆运动学问题的解决方法,如几何、迭代和代数方法,对冗余机器人来说是不够的.以此为出发点,基于遗传算法提出了一种新的编码方法来考虑逆运动学问题的多重解,方法适用于任何非冗余度的机械手.仿真实验结果显示,提出的方法能在一定的时间内快速找到最优解或近似最优解.且任何非冗余度机械手的多重配置很容易体现在遗传算法的编码中.     

有滞留时间约束的两集束型装备调度模型

针对有滞留时间约束和并行加工的两集束型装备调度问题,分别推导了三类不等式约束条件,包括加工模块处于加工和空闲两种状态下的滞留时间约束、任意单个和两个搬运作业情况下的机械手搬运能力约束,以及缓冲模块能力约束,从理论上证明了并行加工模块等价加工时间的合理性,建立了以最小化生产周期为目标的混合整数规划模型.随机算例和基准算例的仿真结果验证了模型的可行性和有效性.     

带时间窗的车间搬运机器人路径优化建模及算法研究

本文以车间搬运机器人为研究对象,在考虑时间窗的前提下,求解机器人进行物料配送和成品回收场景下的路径优化问题。提出一种强化学习遗传蚁群算法,首先利用扫描法求解初始搬运机器人的数量,并将子路径节点的几何中心设置为虚拟节点,利用嵌入遗传算子的蚁群算法求解连接虚拟节点的最优路径,再利用强化学习算法求解子路径的最优结果;最后将基本成本、运输成本和时间惩罚成本的加权和作为目标解,并最终求出满足约束条件的最优解。通过与基准问题求解结果对比,验证了强化学习遗传蚁群算法的优越性。     

求解集束型装备调度问题的改进遗传算法

针对半导体制造中的有滞留时间约束集束型装备调度问题,以最小化生产周期为目标,建立问题的数学模型,提出基于机械手搬运作业顺序编码的改进遗传算法.设计基于禁止区间法的启发式构造算法以生成初始种群,避免了不可行染色体的产生;通过互换染色体中处于机械手全等待的基因位置,以及基于图论的不可行解修复技术改进局部搜索效率,避免冗余迭代和陷入局部最优等现象.与遗传算法、混合量子进化算法的仿真实验比较,验证了提出算法的有效性和鲁棒性.     

基于模糊传感器的机器人动态障碍环境中的运动控制

对自主式机械手在动态和部分已知且存在运动障碍环境中的运动规划和控制进行了研究,解决了自由碰撞运动控制中具有普遍意义的问题。利用人工势能场的机器人导航控制技术由模糊控制实现,系统的稳定性由李雅普诺夫原理保证。模糊控制器为机器人伺服提供控制指令,使机器人在不可预知的环境中能实时地、自主地选择到达目标的路径和方向。在动态环境的实时控制中,基于传感器的运动控制是处理未知模型和障碍物的重要控制方式。     

移动机器人履行系统配置优化研究——基于闭排队网络理论

本文对移动机器人履行系统中货架调度任务的履行过程进行分析,根据机器人在货架装载、搬运、拣选、卸载四个过程的作业特点建立闭排队网络模型。采用近似平均值分析算法求解,实现系统绩效的迅速评估。通过与仿真计算实验的对比证明,模型对系统绩效的评估误差不超过5%。利用闭排队网络模型评估拣选台、机器人利用率和调度任务履行能力,实现对系统设施配置的讨论和优化。研究表明,拣选台均匀分布于仓库较长的两侧能提高系统履行绩效;系统存在最优机器人投放数量使系统整体利用率较高。     

多杆空间柔性机器人递推Lagrange动力学建模和仿真

研究了多杆空间柔性机器人的动力学问题.运用Lagrange方法,结合齐次变换矩阵,推导得到了多杆空间柔性机器人动力学方程,在推导过程中采用了运动学递推策略以提高计算效率.建模时除考虑柔性构件的横向弯曲变形外,还计及了构件的扭转变形.基于上述理论研制了多杆空间柔性机器人动力学仿真软件,并对一空间柔性机器人进行了动力学仿真计算,验证了理论和软件的先进性能.     

基于移动机器人的订单拣选系统货位优化模型和算法研究

为了提高基于移动机器人的订单拣选系统的拣选效率,文章提出了基于货品相关性和货架中货品总出库频次的货位优化方法.将货位优化分为货品存放到货架及货架布局到仓库中现有位置两个阶段,为避免拥堵采用分散存储策略建立了最小化货架搬运次数以及最小化机器人总拣选路程的数学模型,并设计两阶段启发式算法求解.结合A网上药店的历史订单数据进行了仿真实验,实验结果表明,文章提出的货位优化方法有效提高了订单拣选效率.     

脉状钨矿床矿物微粒浓差运离分带及矿化富集机理

在成矿过程中,成矿物质是以络合物真溶液、胶体微粒、粗悬浊微粒三种形式同时进行搬运的,在搬运过程中,由于真溶液中络合物的不断分解和矿物微粒的不断聚合,三种形式的数量比例随着矿质的浓度、搬运的距离、通道的形态大小……等原因变化,当矿物微粒聚合到某一临界大小时,便可能发生沉降,在矿液运移过程中,不同矿物微粒原始浓度差影响到搬运的距离,浓度大的搬运距离小,浓度小的搬运距离大,由此造成的矿物分带,就是矿物微粒浓差远离分带,运用这一分带理论,就有可能对地表矿化异常作出深部评价.     

多体机械手的一般动力学模型

本文建立了多体机械手的一般动力学方程.设多体系统是由任意数目的刚体组成的树形拓扑结构,并认为铰是柱铰链,允许具有相对转动和滑动.考虑到实际问题中摩擦力的影响,采用Newton-Euler方法,建立了运动方程.进一步通过构造分配矩阵,将动力学方程分离,得到了一组实用的力方程和运动方程.     

自主仿生机器鱼水下电场通信的设计与实现

水下机器人由于工作环境的特殊性,导致其通信困难.文章首先设计一套水下电场通信系统,并且将此通信系统集成到仿生机器鱼上.值得注意的是,它解决了多个水下机器人在传统的的通信方式下不能正常通信的问题.其次,针对电流场的物理特性设计了一系列的实验来验证理论的可行性,引入误码率(BER)来评估通信系统的稳定性.最后,通过外部发射装置并应用水下电场通信系统来控制机器鱼的各种游动模态.该通信系统在水下机器人的近距离通信中有很好的应用前景.     

阻塞混流生产机器人制造单元调度问题可行解性质研究

针对阻塞混流生产机器人制造单元调度问题的可行解性质进行研究。首先,定义了机器人活动,将机器人运行排序和工件加工排序转化为机器人活动调度,将二维调度问题转化为一维调度问题;其次,提出了可行机器人活动调度概念,给出了几个等价定义;最后,给出了可行机器人活动调度经过一定变换,仍然是可行调度的条件。这些性质为优化算法的设计提供了理论基础。     

数学上有趣的“问路”

赵先生欲从A国前往B国,途中经过分叉路.其中一条为通往B国之路,走另一条便会回到A国.每一条叉路上放置了可供查询的机器人,只要付费一千元,机器人便会提供答案.放置于通往A国之路的机器人说实话,通向B国的机器人会撒谎,而且机器人只能     

IF你打“疲劳战”

快车提示灯 有一名搬运工为了提高工作产能，上班时间马不停蹄，一刻也不休息。可是他常常感到全身疼痛．甚至不停颤抖，连站都站不稳。后来，他在科学家的提示下，每工作26分钟，就休息34分钟，这样一来，他一天居然能够搬运比从前多出4倍的物品，身体也不会太疲累。     

基于关键资源优先的三级装卸搬运分区协调策略

研究基于关键资源优先的单元化“装卸、搬运、装卸”三级作业链调度问题。已知关键资源调度方案,将两非关键作业级的调度问题分别转化为最小单位流问题求解。在数学模型基础之上提出三级装卸搬运的分区协调策略。对关键装卸级作业区进行合理分区和设备分配,从而合理设置已知参数;提出非关键级装卸作业区的分区协调策略,以扩大计算规模。以码头三级装卸搬运作业链为例,参照宁波港码头数据,设计面向集装箱码头的仿真算例,通过较大规模算例验证分区策略对于计算大规模非关键装卸级调度问题的可行性和快捷性。     

“货到人”拣选系统机器人任务分配的鲁棒双层规划模型

在电商“货到人”拣选系统中,如何调度系统中的机器人并对任务进行合理地分配决定着整个系统的运行效率与成本。分析“货到人”拣选系统作业流程,建立机器人数量配置、机器人调度与机器人任务分配的双层规划模型。上层模型以批量订单完成总成本最小为目标函数,以机器人调度为决策变量,构建整数规划模型;下层模型以机器人完成所有任务的平均空闲率最小为目标函数,以任务分配为决策变量,考虑机器人在完成任务过程中由于调度、避障、路径规划等导致的行走距离不确定因素,构建鲁棒优化模型。上层的调度结果制约了下层的最小平均空闲率,下层的任务分配结果影响上层的最小成本,上下层结果共同决定机器人配置决策。利用遗传算法求解模型,通过实例仿真验证了模型的有效性。     

面向工业机器人系统的可靠性预测方法研究

阐述了工业机器人系统可靠性研究的意义和基本思路,提出了工业机器人可靠性预测的模型和方法.实例分析表明本文所建立的可靠性预测理论较好地解决了工业机器人这一复杂系统的可靠性预测问题,具有工程实用价值.     

从机器人为背景引入数学问题

机器人是现代科技的产物 ,以机器人为背景设计数学问题 ,有利于调动学生的学习兴趣 .下面提供几个这样的案例 .案例 1　设一个机器人只能做两种运动 :1)绕原地旋转 ;2 )向面对的方向直行 .这样 ,控制机器人行走的命令是“旋转、移动”的形式 .而发射到机器人的天线的信号是有序对 (r ,θ) .其中r(正的或零 )是移动的距离 ,θ(正的、负的或零 )是旋转的角度 ,由此可引入任意角、极坐标系等问题 .案例 2　假定机器人从距一个 12 0m高的电视塔底 30m的地方起飞 ,并从 2分钟一圈的速度绕塔飞行 ,同时以 10m 分的速度上升 ,七分钟后机器人在什么…     

基于“货到人”拣选模式的储位分配问题研究

研究了“货到人”拣选模式下的储位分配问题,以订单拣选过程中搬运货架总时间最短为目标建立了整数非线性规划模型,并证明其为NP-hard问题,分别设计了求解模型的贪婪算法和单亲进化遗传算法。首先根据订单和物品的关联关系对物品进行聚类,基于聚类结果设计了求解模型的贪婪算法。然后设计了直接求解模型的单亲进化遗传算法,遗传算法中采用了0-1矩阵编码、多点基因倒位算子、单点基因突变算子和精英保留等策略,通过合理选取参数,能够很快求解出问题的近似最优解。最后利用模拟算例和一个具体实例进行计算,并对贪婪算法和遗传算法的求解时间和求解效果进行了比较分析。结果显示,对于小规模问题,两种算法均能在较短的时间内以很高的概率得到问题的全局最优解,对于中等规模的实际问题,利用两种算法得到的储位分配方案均优于企业目前采取的基于出库频率的储位分配方案,遗传算法得到的储位分配方案对应的货架搬运次数、货架搬运总时间等均优于贪婪算法。本文设计的遗传算法可以作为智能仓库管理信息系统的核心算法。