摘要:针对地面移动作业机器人存在的自由度高度冗余和操作臂与移动平台间强耦合问题,指出地面移动作业机器人的研究面临着作用链等效动力学建模及其规约、强环境交互作用下高维动态作业规划、动态稳定性以及实时作业控制等难题. 分析并总结了移动操作机器人的最新研究成果,从地面移动作业机器人系统动力学建模与耦合作用分析、运动规划、动态稳定性与作业控制等多个方面,对现有研究成果进行了评述,对地面移动作业机器人运动规划与控制的发展方向进行了展望.

摘要:为提高大型铝合金构件的机器人铣削加工效率而不降低加工质量,开展机器人铣削对比实验研究,探索行星复合铣削方法在机器人切削加工领域应用的可能. 提出一种机器人行星复合铣削工具系统,介绍其基本结构与运行原理,并通过建立刀尖运动轨迹模型比较机器人行星复合铣削与机器人端铣刀尖运动轨迹特征. 开展Al-2024单因素机器人铣削试验,对比研究机器人行星复合铣削与沿X或Y方向进给的机器人端铣在加工效率、表面粗糙度和切削力等方面的差异. 结果表明:相对于机器人端铣,机器人行星复合铣削的加工效率至少提升21.34%,表面粗糙度至少降低33.33%,同时其最大切削力分量和轴向切削力均优于机器人端铣. 机器人行星复合铣削相当于多个间隔固定相位角的摆线铣削的有序组合；在相同机器人系统配置与加工参数组合的条件下,机器人行星复合铣削的加工性能优于机器人端铣. 研究结果为实现大型铝合金构件高效机器人铣削提供了新方案.

摘要:针对滚动轴承工作环境噪声复杂,振动信号信噪比低且呈现非平稳和非线性的特点,以及传统诊断方法在噪声环境下分类诊断准确率低等问题,提出一种基于改进胶囊网络特征提取结构和反向传播损失值计算方法的滚动轴承故障诊断模型. 应用多尺度卷积核Inception结构和空间注意力机制,替代传统胶囊网络单一卷积层进行特征提取,得到不同尺度下、重点区域突出的特征数据,利用胶囊结构构建向量神经元,通过动态路由的特征传递方式,得到分类结构数字胶囊,实现故障诊断；训练过程损失计算采用间隔损失和重构损失相结合的方法,通过调节二者比例系数,构建更加合理的反向传播计算过程. 为验证模型的实际诊断效果,利用凯斯西储大学轴承数据集中4种转速及对应4种负载工况下的实验数据,通过添加不同幅值能量的高斯白噪声,以降低信噪比的方式开展实验；与双卷积层胶囊网络和传统卷积神经网络进行对比分析. 结果表明,与其他诊断方法相比,提出的方法在噪声环境下能得到良好的诊断结果,抗噪性方面具有明显优势.

摘要:针对手机屏幕等产品光滑表面轻微划痕的自动检测问题,提出一种基于分类网络+Attention U-Net的小目标分割与微小缺陷检测方法. 论述基于经典的U-Net网络进行光滑表面缺陷检测的数据集准备、语义分割网络构建、评估指标、损失函数、正则化方法以及初始化方式, 分析应用经典的U-Net神经网络对微小缺陷误检测与漏检测的原因; 给出在分类网络中加入分割网络以及加入Attention机制对U-Net网络进行改进的方案; 搭建分类网络+Attention U-Net以改善小目标分割与微小缺陷检测效果. 结果表明:提出的改进网络方案对手机屏幕轻微划痕等微小缺陷检测的像素准确率达到0.997,能够很好地满足准确检测手机屏幕轻微划痕的实际需求, 也能为瓷砖等产品的光滑表面的轻微划痕与裂纹检测提供有益参考.

摘要:为揭示褐煤的碳黑生成特性与Na在煤衍生碳黑形成过程中的作用,采用电感耦合等离子体发射光谱仪、X射线光电子能谱仪和傅里叶变换红外吸收光谱仪研究分别担载了空白、物理吸附态Na (ANa)与离子可交换态Na (INa)的酸洗伊敏褐煤在沉降炉中不同停留时间下热解所产生碳黑的产率、表面与整体化学特性. 结果表明:在表面增长阶段,褐煤的碳黑产率增幅远超焦油产率降幅；当停留时间足够长时,碳黑产率有所降低,含氧官能团含量升高；担载Na可以降低碳黑产率,但INa对碳黑的抑制作用比ANa强得多,且INa可以使热解气溶胶中醚与砜的含量升高. 这些现象说明:在褐煤二次热解过程中,小分子芳香化合物、脂肪族物质与轻质气体也会通过表面增长提高碳黑产率. 褐煤热解气中含氧物质可以在停留时间足够长时表现出对碳黑的氧化作用. INa可以保持与焦炭或挥发分之间有机结合状态,在一次热解过程减少初级焦油释放,在二次热解过程中促进挥发分与含氧物质结合；而ANa在一次热解过程中作用不明显. 在二次热解过程中,气化的ANa与INa抑制碳黑形成的作用机制相同.

摘要:为探索高效、廉价的燃煤工业锅炉脱硝技术,以适宜工业应用的苹果木热解焦炭和热解兰炭作为NO还原剂,在微波反应系统中研究微波辐射对两种样品还原NO能力的影响,并结合红外测温实验,以及两种样品的孔隙结构、热重反应性等理化性质,对还原实验结果进行分析. 研究结果表明: 和热解兰炭相比,苹果木热解焦炭的孔隙结构更加发达,BET比表面积和孔容积更大,易于着火,燃烧反应速度较早达到最大值,并最先燃尽；但其燃烧剧烈强度、前期反应能力、可燃性以及燃烧性能偏弱. 未施加微波时,苹果木热解焦炭对NO的还原能力强于热解兰炭；施加微波后,两种样品还原NO的能力较未施加微波时均有所增强；微波辐射有效促进了焦炭对NO的还原,且这种促进效果和微波功率成正比关系；微波辐射对热解兰炭的NO还原的促进效果较苹果木热解焦炭明显. 红外测温实验结果表明,经过不同功率的微波辐射后,两种样品表面温度均有不同程度的提高,说明微波具有明显的热效应,促进了焦炭对NO的还原.

摘要:为研究锂电池在动态工况下以及全生命周期内健康状态的准确估计问题,提出一种基于固定充电电压片段的方法. 选取充电过程中某固定电压片段内所充电量作为电池容量估算的等效健康因子,利用遗传算法选择最优的充电电压片段,在两类锂电池老化实验数据的基础上,设计放电电流不同、健康状态区间不同的8个验证算例. 实验结果表明:8个验证算例中,训练集电池和测试集电池健康状态估计的平均绝对误差与均方根误差均低于1.55%；所提出的基于等效健康因子的方法,在100%~60%的全寿命健康状态区间,对于不同的放电电流、不同材料的电池,均能进行健康状态的准确在线估计,具有较强的适用性.

摘要:为研究DP590高强钢板材的韧性断裂力学性能,以DF2012韧性断裂准则为理论基础,设计6种包含不同应力状态的拉伸试样来获取材料的塑性流动和断裂参数,采用一种实验-模拟混合方法标定韧性断裂准则的参数. 准确地描述材料发生断裂前的塑性行为是韧性断裂准则参数标定的关键,以新提出的各向异性Drucker屈服准则和一种修正的Voce硬化准则表征DP590的塑性行为,使用Fortran语言将该本构模型编译为VUMAT子程序嵌入ABAQUS仿真软件中进行试样的拉伸模拟. 实验和模拟对比表明,所构建的本构模型可以准确地预测不同试样沿着轧制方向各个角度的力程曲线. 在拉伸实验和标定的本构模型基础上,标定DF2012韧性断裂准则的参数并构建DP590在应力三轴度和断裂应变二维空间中的断裂轨迹. 与3种经典的韧性断裂准则Cockcroft-Latham、Clift和Rice-Tracey进行比较,使用Fortran语言将DF2012韧性断裂准则和本构模型一起嵌入ABAQUS仿真软件对不同试样的断裂进行模拟,结果表明:基于实验-模拟混合法标定的DF2012韧性断裂准则能够合理地构建DP590的断裂轨迹曲线和准确地预测不同应力状态下拉伸试样断裂的发生.

摘要:为改善材料塑性,降低微镦粗成形力,延长模具寿命,提高微镦粗成形质量,开展了超声振动辅助微镦粗研究. 对紫铜超声振动辅助微墩粗进行建模仿真,研究超声参数对微墩粗成形力、试件变形的作用规律；搭建超声振动辅助微成形平台并进行试验,获取不同超声功率下紫铜微镦粗成形力曲线和成形件表面形貌、尺寸等参数. 仿真结果表明:超声振动使微镦粗成形力降低,试件变形增大,且成形力降低量、试件变形增大量与超声振幅成正线性关系,与超声频率成非线性正相关. 试验结果表明:超声功率越大,微镦粗成形力降低值越大；超声功率小于1.5 kW,超声功率越大,成形件表面越平整；超声功率大于1.5 kW,超声功率越大,成形件表面越粗糙；超声功率小于1.8 kW,超声功率越大,成形件鼓形越小,成形越均匀；超声功率达到1.8 kW后,成形件变形集中在两端,微镦粗成形严重不均匀. 仿真和试验研究表明,超声振动可以降低微镦粗成形力,加速材料塑性变形,提高微镦粗成形效率,改善成形件表面形貌,减小微镦粗鼓形并提高微镦粗均匀性.

摘要:为准确分析液压支架在顶梁扭转加载试验时的强度特性,以ZY6800/08/18D型液压支架为研究对象,采用整机建模的方式,建立了液压支架的三维实体有限元模型. 根据液压支架试验的测试结果,选取仿真模型上的测点位置,分析对比顶梁和底座在8种不同的约束边界条件下,液压支架的应力分布情况,同时分析带摩擦的接触边界条件下底座和平台的接触应力分布及接触状态,指出顶梁扭转加载时的载荷不对称导致的底座不完全接触的现象. 在不改变顶梁和底座约束边界的条件下,分析4种销轴连接简化方法对液压支架整体应力分布的影响. 对比仿真结果与测试结果,分别评估各种边界条件和不同销轴连接简化方法的准确性,以及对仿真效率的影响. 结果表明,液压支架的顶梁边界选择固定支撑,底座边界选择与工作台摩擦接触,保留销轴并将销轴与轴孔绑定接触得到的仿真结果最接近试验结果,且有较高的计算效率. 研究结果可为液压支架设计过程中准确预估应力分布提供依据和参考.

摘要:为深入研究塔式光热电站吸热器壁面的热流密度分布,基于赤道聚光策略和基本光路原理,利用光学仿真分析软件SolTrace对西班牙Gemasolar塔式光热电站系统进行几何与光学建模. 通过结果敛散性判断,确定采用5 000 000条射线进行模拟研究；模拟结果与文献研究结果符合良好,证明模型准确可靠. 采用夏至日设计点标准状况下的太阳光入射辐射,通过射线追踪的方法,模拟获得外露管式吸热器壁面上的热流密度分布,发现不同吸热管壁面接收的太阳辐射热流密度变化规律与定日镜场环形分布方式有关；单根吸热管时壁面热流密度分布不均匀. 分析冬至日午时吸热管的热流密度分布,对比吸热管壁面热流分布的模拟结果与相应的近似高斯分布,发现近似处理与模拟结果差异较大. 研究结果表明,对于塔式吸热器壁面热流分布,采用SolTrace仿真分析比用近似高斯分布更具有实际指导意义.

摘要:为探究高速工况下润滑油黏度对轴承润滑状态及性能的影响,试验研究了Si₃N₄陶瓷和GCr15轴承钢材质的7014C型角接触球轴承在不同润滑油黏度条件下的温升和振动特性. 结果表明,轴承温升及振动随润滑油黏度的增大呈现出先下降后上升的趋势,影响程度随转速的增大而增大. 同时,陶瓷轴承较钢制轴承在不同润滑油黏度条件下均表现出更优越的性能. 将试验结果与轴承润滑状态分析结合,讨论了润滑油黏度、润滑状态、轴承性能三者的关系,为高速角接触球轴承适用润滑油黏度的选择提供了重要依据. 此外,本文还对不同润滑条件下的轴承滚动面损伤进行了分析. 结果显示,全膜弹流润滑条件下,陶瓷轴承与钢制轴承滚动面损伤较小且差异不明显. 部分膜弹流润滑条件下的轴承滚动面损伤严重,表面出现大量凸峰和凹谷,轴承滚动体及外滚道表面损伤较内滚道严重,钢制滚动体的表面划痕较陶瓷滚动体密且深.

摘要:为提升港口泊位调度的效率,提出一种基于改进灰狼算法的船舶调度优化方法. 针对灰狼算法收敛速度慢、寻优精度不高等不足,引入Sin混沌初始化,增强初始种群的均匀性和遍历性；引入头狼引领策略,加快算法收敛,提高算法效率；引入合作竞争机制,增强算法局部搜索的能力；在灰狼种群位置更新时引入自适应权值,以满足不同时期的寻优要求. 为验证改进灰狼算法的有效性,将该算法与其他6种不同算法进行对比实验. 结果表明:改进灰狼算法的收敛速度明显快于其他6种算法,在不同测试函数的仿真中均能得到所求函数的最优值,且该算法独立运行20次取得解的标准差均为0,表明该算法对不同维度的求解问题均具有很好的抗扰性；在港口泊位调度的应用中,经过该算法优化后,所有船舶停留总时间较优化前缩短了14.7%,大幅度缩短了船舶的在港时间. 该算法在船舶调度优化中取得了满意的应用效果,能够得出相对较佳的调度方案,实现泊位停靠最优化,为港口泊位调度优化提供了新方法.

摘要:为提高坦克弹药传输机械臂在路面激励等外界扰动下位置控制的鲁棒性,设计一种固定时间终端滑模控制器（fixed-time terminal sliding mode controller, FTSMC）. 推导含垂直基础振动的弹药传输机械臂动力学方程,将系统的基础振动处理成干扰项. 采用新型固定时间收敛干扰观测器对系统不确定项进行补偿,改善了控制器的鲁棒性. 结合固定时间收敛双幂次趋近律和固定时间终端滑模面设计固定时间终端滑模控制器. 用Lyapunov理论证明了系统固定时间收敛特性. 3种工况下的对比实验表明,设计的复合控制器对不确定性干扰具有强鲁棒性,能够对外界扰动下的弹药传输机械臂进行准确定位控制.

摘要:为提高燃气轮机拉杆转子建模的准确性,在轮盘接触面处引入虚拟材料层对接触效应进行表征. 结合数学统计模型和高斯分布函数得到接触面接触力学模型,分析了不同参数下的接触特性,基于材料力学变形本构关系导出虚拟材料层的弹性模量及泊松比,对接触层进行建模. 动力学计算结果表明:在刚性支撑下,预紧力变化导致的接触效应对四阶临界转速的影响较为明显,转速偏差可达2.31%. 引入非线性油膜力结果表明:预紧力增大导致各运动状态提前发生,实体转子与考虑预紧力接触的转子动态结果有较大分歧. 虚拟材料层的引入有效地简化了考虑接触效应的燃机转子建模过程,并真实反映出轮盘接触效应对转子横振刚度的削弱作用.

摘要:全景敞视作用是能够高效提升城市安全的途径之一,本文以全景敞视理论为依托,以促进城市安全为目标,通过综合分析,将城市中建筑集群对外部空间的全景敞视作用归纳为两种类型:场地全景敞视和界面全景敞视. 采用空间可视度分析和空间视域分析作为研究方法,构建建筑集群全景敞视模型,实现对建筑集群中全景敞视作用的量化, 从而为科学评价城市安全提供新角度,为进一步确定公共安全薄弱区域提供新途径.

摘要:为探究热防护材料在高超声速环境下的服役行为,采用风洞试验和数值模拟方法研究了D6AC钢结构在多物理场耦合作用下的失效问题. 基于高超声速气动力学、结构力学基本理论,建立高超声速D6AC钢结构的多物理场耦合理论模型,利用Navier-Stokes方程模拟得到其在不同飞行环境下的气动加热和结构响应,并对数值模拟的结果进行风洞试验验证. 结果表明,风洞试验结果与数值模拟结果相吻合. 气动热是导致D6AC钢结构破坏的主要因素,在三组来流条件下钢结构均发生了烧蚀现象,结构烧蚀开始时间取决于来流总温的大小.

摘要:为了解决传统的反电动势过零点检测算法存在滤波延时以及相位补偿误差的缺点,将形态学滤波应用于二维信号,设计了固定延时的数字滤波器,使滤波延时不再随转速变化,且不需要额外的采样电路；同时采用数字锁相环算法跟踪换相位置,实现换向位置的闭环调节,提高了换向精度. 根据以上方法,搭建了仿真模型,设计开发了无刷直流电机控制器. 仿真和实验结果表明,这种新型反电动势检测算法可以有效提高无刷直流电机的转子位置检测精度,并使转速波动的控制精度达到万分之一水平.

摘要:以5~8 mm粒径半焦为载体,制备了半焦负载Fe₃O₄复合材料（Fe₃O₄@MSCe）,采用SEM、XPS、XRD和FTIR对样品的物化性质和价键结构进行了表征,并研究了Fe₃O₄@MSCe/H₂O₂多相Fenton体系的分解性能和放热规律. 结果表明: Fe₃O₄@MSCe保留了半焦的多孔形态,Fe₃O₄均匀且牢固地负载于半焦颗粒表面；在pH=7.8～11.2碱性条件下,均保持了较好的分解活性；在[H₂O₂]=0.25 mol/L、Fe₃O₄@MSCe投加量为533g·L^-1、pH=7.8、T₀=30 ℃反应条件下,300 mL浓度为0.04 mol·L^-1的邻苯二胺溶液的分解率为90.9%,溶液温度升高数值为7.1 ℃,表现出较好的分解性能和放热特性,为解决现有芬顿技术存在的问题和污水处理的能源化利用提供了技术支撑.

摘要:颗粒物质具有流动传压和阻塞刚化的双相特性,是变刚度软体机器人的理想驱动介质. 由于颗粒物质复杂的力学特性,颗粒驱动软体机器人运动预测极具挑战性. 综合考虑颗粒物质的离散性和超弹软体型腔的连续性,本文提出了一种基于FEM-DEM耦合计算的软体驱动器运动分析方法. 为降低颗粒充入软体型腔时的局部径向膨胀,设计了具有径向增强约束的弯曲驱动器软体型腔结构. 利用FEM-DEM耦合计算方法对此驱动器的运动变形规律进行了分析,同时采用基于颗粒物质Mohr-Coulomb连续介质模型的FEM开展了对比计算. 利用 3D 打印和硅胶浇注技术制造驱动器样机,测试了软体驱动器的运动特性及变刚度能力. 研究结果表明:与基于Mohr-Coulomb模型的FEM相比,利用FEM-DEM耦合计算方法,可使驱动器弯曲角度的预测精度提高约 14.3% ；使用较小直径的颗粒介质可以提高机器人的变形能力；与前期研究中的原始方案相比,本文提出的径向增强约束驱动器在不削弱刚度调节能力的前提下,最大弯曲角度从 48.9°提升至了 72.7°.

摘要:采用并行直接求解方法（PDM-DNS）进行湍流槽道流的DNS模拟. 该方法能够实现较高效并行的DNS直接求解,在“天河二号”超级计算机上应用256核计算达到95%以上的并行效率. 4个算例的计算雷诺数分别为Re_τ=176、544、960、2000,并与相关的计算结果进行对比,验证了数值结果的可靠性. 利用速度压力法壁面边界条件易于处理的优点,结合浸没边界法技术,在雷诺数Re_τ=176的槽道中加入了局部毛刺带,为解决复杂边界条件的槽道流的问题提供了新的方法.

摘要:研究了多频波动线谱激励下的主动隔振控制问题,提出一种改进小波包自适应控制算法. 传统的自适应算法难以同时控制多线谱,当线谱存在频率波动时,窄带滤波算法难以取得理想的控制效果. 因此,将小波包分解算法应用在控制算法中,对信号进行等间距频带划分,采取并行控制策略完成多线谱控制. 分析了不同小波基函数对信号分解的影响,确定最优小波基. 针对虚有线谱和子频带过多导致的控制过盈问题,改进小波包分解算法,降低了计算量,消除子频带中虚有线谱. 为每个子频带设置独立步长,并根据箕舌线函数修正迭代步长. 搭建控制系统开展试验研究,结果表明,本文所提改进小波包自适应算法在多频波动线谱激励下能够取得良好的控制效果,线谱振动能量显著降低.

摘要:为研究水泥稳定碎石材料细观孔隙特性以及探究荷载作用时孔隙空间结构的变化过程,通过建立孔隙三维模型量化断面孔隙和三维孔隙,并转换为孔隙三维网络结构,提取孔隙配位数、孔隙体积、喉道长度等相关参数,研究参数随逐级荷载的变化规律,推演孔隙空间结构变化过程. 研究结果表明:量化的断面孔隙率与三维孔隙率能表征材料孔隙变化规律；m、n区域的峰值从12.10%、10.29%分别扩展到13.89%、13.41%,n区峰值分布区域跨11个层位,m、n区域波形变化较剧烈,孔隙细观结构变化明显；配位数均值由小于0.45突变为0.505,孔隙体积中小孔隙占据孔隙空间结构的80%,但随荷载增加孔隙体积会改变,喉道在逐级加载过程中,最大喉道长度增加近2 mm,喉道先负向演变后转为正向演变,荷载作用致使孔隙空间结构改变. 逐级荷载作用,孔隙细观结构和孔隙空间结构都发生剧烈变化,孔隙结构的剧烈变化导致材料内部结构改变,促使材料宏观破坏,因此材料宏观破坏与孔隙结构变化有着本质联系.

摘要:山地轨道运载机牵引系统主要包括驱动卷筒、钢丝绳及载物滑车,钢丝绳是其核心组成部分. 目前还没有明确针对山地轨道运载机钢丝绳的空间数学模型,为了进一步研究钢丝绳力学模型及失效行为,需要推导空间几何数学模型与三维模型,从而避免大规模试验来探究钢丝绳的使用寿命及其损伤规律. 首先,山地轨道运载机属于农业运载新式机械,作业环境复杂,因此本文对钢丝绳绳径进行了重新计算. 然后利用微分几何学及空间坐标变换原理,推导了山地轨道运载机牵引钢丝绳在直立及弯曲状态的空间螺旋方程. 最后,为更直观了解该类钢丝绳的结构,通过已建立钢丝绳空间数学模型,运用MATLAB参数化功能及Solidworks软件曲线、扫描和实体阵列等功能建立钢丝绳三维实体模型. 结果表明,通过推导出的钢丝绳在直立及弯曲状态的空间螺旋方程,得出该类钢丝绳直线段和弯曲段的曲率与挠率呈明显的周期性变化规律,并在三维建模中得到钢丝绳股和丝参考点系列坐标. 提出了适用于山地轨道运载机牵引钢丝绳的空间螺旋方程,为后续轨道运载机钢丝绳力学模型建立及损伤机理的研究奠定基础.

摘要:建立太阳辐射模型,通过气象参数估算太阳辐射是完善太阳辐射数据的重要途径. 建模数据统计时长的选取影响辐射模型系数,进而影响其估算误差. 为选择适当的数据统计时长,减小辐射模型估算误差,本文提出一种借助气候突变年选取建模数据统计时长的方法. 以我国90个台站超过25年的气象和辐射数据记录为例,选择与太阳辐射相关性较强的日照时数、温度和湿度3个气象要素分别进行突变检验,使用变差系数法确定气候突变年. 选取观测数据超过25年的统计时长和突变年之后的统计时长分别建立日总辐射模型和日散射辐射模型,比较使用不同统计时长建立的模型估算误差. 误差结果显示,以气候突变年为时间节点,选择其后的数据记录年份作为建模统计时长可以使辐射模型的均方根误差百分率降低2%以上,证明借助气候突变年选取辐射模型建模时长的方法可以有效降低模型估算误差. 该方法可为辐射模型统计时长的选取提供依据.