摘要:针对 水陆两栖机器人推力不稳和环境扰动造成的姿态不稳定问题,设计了一种新型的将轮驱动与喷水推进进行复合的可倾转复合推进装置。将该可倾转复合推进装置应用在H构型两栖机器人中,基于推力倾转角分离控制策略和自抗扰控制原理设计了姿态自稳定控制器,并在耦合自由度上采用异步调节机制。使用Simulink/ADAMS联合仿真平台进行姿态稳定仿真验证,并确定了具有较好效果的控制器参数；物理样机运行实验表明,H型两栖机器人可以完成预设运动,姿态自稳定控制器能够将该机器人水下运行时的姿态抖动抑制在5°以内。

摘要:为解决预制混凝土构件布料路径随意的问题,通过对布料区域网格划分,设计了一种将布料区域分割为多个布料子区域的方法。该方法将螺旋布料机的作业方式进行简化,将布料路径总长度分为布料长度和非布料长度,其中布料长度是确定值,并对子区域做布料作业规划,计算出料口开口数对应的布料宽度。利用枚举法和动态规划算法对螺旋布料机出料口和布料子区域集合建立布料路径规划模型,对多阶段决策中的决策值进行计算。以非布料长度最短为目标对模型求解,得到最短布料路径,完成了螺旋布料机对布料区域的全覆盖路径规划。根据此方法对某螺旋布料机和某预制外墙挂板建立二维布料路径规划模型,仿真结果表明,该方法能有效地缩短布料长度、减少布料时间,对预制混凝土构件的生产有一定的指导意义。

摘要:为提高催化剂抗砷能力,采用密度泛函理论（DFT）方法研究As₂O₃在α-Fe₂O₃(001)表面的吸附行为以及掺杂Mo、Mn、Ni对α-Fe₂O₃(001)表面As₂O₃吸附行为的影响。建立As₂O₃在α-Fe₂O₃(001)表面吸附模型和Mo、Mn、Ni掺杂的吸附模型,计算As₂O₃在催化剂表面的吸附能,分析成键态密度以及掺杂前后的As₂O₃在α-Fe₂O₃(001)表面的电荷布局。结果表明:这4种体系均发生电子转移,Mo掺杂活化了As₂O₃分子,使得As₂O₃倾向于吸附在Mo活性位点上,保护了Fe活性位点,增强α-Fe₂O₃抗砷中毒能力；Mn、Ni掺杂后As₂O₃反应活性低于掺杂前,抑制了As与掺杂剂的吸附,导致Fe位点更易中毒,不利于之后的NH₃-SCR反应。

摘要:为改善半导体生产过程中设备状态不确定引起的时变效应可能造成生产计划难以推进、生产效率下降等问题,使用考虑设备时变效应的晶圆加工序列决策调度方法制定调度方案。采集过往加工工时数据,挖掘设备状态变化的特征参数与晶圆的加工工时时变效应的关联关系,从而建立考虑时变效应的平行机调度模型,实现最大完工时间的最小化。设计集成调度优化知识的混合搜索算法（HSAOSK）,利用单机调度最优规则与多机调度优化知识库减少搜索空间,提高算法的计算效率。实际算例的分析结果表明:HSAOSK算法求解小规模算例的最优解与精确算法(BRA)相同,求解大规模算法时与其他优化算法相比,最大完工时间可减少6.17%,且计算时间非常短,HASOSK算法的优越性能满足构建半导体调度决策方案的需求。调度决策方法不仅能为具有时变效应的半导体生产系统提供有效的加工序列决策,还能针对设备状态提供不同的维护决策以保证生产效率。

摘要:针对工业机器人上使用的RV减速器寿命长且性能退化缓慢的特点,提出一种基于RV减速器高应力加速退化试验与传动精度退化模型建模的方法,对RV减速器可靠性进行评估。对RV减速器薄弱环节的强度进行校核,确定加速试验最大加载值；在该加载值下对3台RV减速器开展加速退化试验,获得加速条件下RV减速器传动精度退化量；根据RV减速器传动精度退化特性,使用样本数据分离的极大似然估计法,对每台减速器的传动精度展开退化轨迹建模；将Wiener退化模型中的初始性能退化量和漂移系数设为定值,获得扩散系数的变异系数,假设扩散系数服从正态分布,求得RV减速器可靠性。结果表明:高应力加速退化试验可为RV减速器可靠性分析提供切实可信的试验数据,节约试验时间及成本。基于加速退化试验和传动精度退化模型建模的求解RV减速器可靠性的方法,在体现个体差异的同时,实现了小样本条件下RV减速器的可靠性分析,并且能够准确计算出RV减速器的失效概率,对于提升工业机器人的工作性能具有重要意义。

摘要:为提高高比转速离心泵的性能和解决多参数优化难的问题,提出一种基于变量降维和智能算法的优化设计方法。变量降维过程基于Pearson相关性分析方法,研究叶轮的18个设计变量对泵水力性能的影响,并选择其中8个具有高影响因子的变量作为最终的优化变量。优化过程基于拉丁超立方抽样方法生成160组设计样本,以最大化设计工况效率作为目标,利用人工神经网络和遗传算法对优化问题进行求解。优化结果经CFD验证:模型泵在设计工况点效率提高了3.02%,高效运行区得到了拓宽；相比于原始叶轮,优化后叶轮内湍动能分布得到了改善,不稳定流动结构减少。该方法对高比转速离心泵的设计具有良好的借鉴意义。

摘要:为改善镁合金的切削加工性能及加工表面完整性,优化切削加工工艺参数,基于拟水平法设计了四因素四水平正交车削试验,研究切削三要素以及切削介质（常温干切、液态二氧化碳和液氮）对ZK61M镁合金车削加工表面完整性的影响规律。实验结果表明:切削深度对切削力的影响最显著,进给量次之,切削速度的影响较小,低温切削能降低切削力,但对切削力的影响不显著；进给量对表面粗糙度和残余应力具有显著影响,随着进给量增大,表面粗糙度增大,并引入表面残余拉应力；冷却介质对表面粗糙度和表面残余应力具有次显著影响,相比于常温切削,采用低温切削能有效降低加工表面粗糙度,细化表层晶粒,增大表面残余压应力,同时,采用液态二氧化碳作为冷却介质的效果优于液氮。基于灰色关联分析得到ZK61M镁合金低温切削的最优工艺参数:v_c=100 m/min,f=0.05 mm/r,a_p=0.4 mm,采用液态二氧化碳作为冷却介质。用关联分析结果建立了工艺参数与加工质量间的响应预测模型,平均误差为7.93%。

摘要:基于Ansys workbench有限元仿真软件,对含初始缺陷的圆柱壳体进行了外压屈曲的仿真研究。首先进行了理想圆柱壳体的特征值屈曲分析,得出前30阶线性屈曲失稳模态作初始几何缺陷。然后基于单一模态缺陷法和组合模态缺陷法建立具有初始几何缺陷的模型,利用有限元仿真分析的非线性稳定算法和弧长法进行非线性屈曲分析。最后设计圆柱壳体静压屈曲实验,得出了临界屈曲载荷。将非线性屈曲分析结果与实验结果、承压结构工程分析方法计算结果作对比分析,结果表明:弧长法与非线性稳定算法相比,预测精度更高；承压结构工程分析方法求出的结果非常保守,临界屈曲载荷远低于实验结果；第1阶模态缺陷不是对圆柱壳体承压能力最不利的初始缺陷,最不利初始缺陷的模态阶数一般为低阶；模型的初始缺陷幅值大小对临界屈曲压力有较大的影响,但对最不利初始缺陷的模态阶数没有影响。2种初始缺陷构造方法都是可行的,但低阶多模态组合缺陷模型具有更精准的预测精度,误差约为3.55%。

摘要:为解决仿人机器人设计以经验设计或运动仿真验证为主,尚不存在以人类自身为参照,考虑走跑跳等多种运动行为要求下的初始设计方法问题,对人体多种运动行为进行运动捕捉与足底力测量,选择人体运动过程中关节力矩和关节功率作指标表征仿人机器人应达到的极限驱动能力。利用PhaseSpace三维运动捕捉系统和自行研制的至少5倍于体重的大量程集成化测力鞋系统对6名成年男性进行了走跑跳等运动行为的运动捕捉与足底力的测量实验,根据得到的149组实验数据,分析总结人体走、跑、跳等运动行为特征；采用牛顿-欧拉法对人体下肢机构进行逆动力学计算,用多元非线性拟合法拟合计算结果得到了各关节最大驱动力矩及功率方程式。综合归纳给出了不同运动方式下仿人机器人设计参考准则,为走跑跳等多运动方式仿人机器人的设计提供了参考。

摘要:为更好地模拟变色龙的皮肤,提出一种使用微流控变色系统模拟变色龙皮肤的伪装薄膜的方法。通过感知和采集环境背景颜色信息,实时调节微流控变色系统的变色信号,驱动有色液体在伪装薄膜的微流道内循环,实现动态隐身和伪装。介绍薄膜的微观结构和微流控变色系统的工作原理,阐述通过深度学习图像补全算法及图像处理技术产生变色信号的方法,采用“Canny”双阈值边缘检测算法和颜色相似度对伪装效果进行分析和评价。实验结果表明:伪装后的变色龙皮肤的边界轮廓不明显,与环境背景具有较高的相融性,可以达到动态隐身效果。微流控变色系统伪装薄膜可应用于官兵迷彩服、机器人皮肤、武器装备和军工设施的伪装网等多种场合。

摘要:为研究在不同花键摩擦因数下湿式多片离合器分离过程中的摩擦转矩和间隙变化,建立湿式多片离合器分离过程动力学数值模型,并提出不均匀系数以表征分离间隙均匀度。研究结果表明:分离过程中各摩擦副间隙首先缓慢增大,再迅速增大,剧烈波动之后趋于稳定；间隙稳定之后分离过程结束,而花键摩擦因数对分离过程持续时间几乎没有影响；不考虑花键摩擦时,各摩擦副均匀分离；考虑花键摩擦后,各摩擦副间隙从第一副至第六副依次减小,花键摩擦因数的增加显著恶化了分离间隙均匀度；分离过程的粗糙接触转矩初始值及其衰减速率随花键摩擦因数的增大而减小,分离过程末期的黏性转矩随花键摩擦因数的增大而增大。因此降低花键摩擦因数,有助于湿式多片离合器的均匀分离和降低带排转矩。

摘要:为提高电池热管理液冷系统的均温性,研究一种铝槽式均热板和直流式液冷板相结合的复合液冷系统,并建立相应的三维传热模型。采用Volume-of-fluid(VOF)多相流模型,模拟均热板槽道内丙酮工质的气液相变过程,以及与液冷流道的耦合传热过程,并将模拟结果与实验结果进行了对比,验证了模型的正确性。研究结果显示,均热板可以提高液冷系统散热过程中的均温性,加热表面的温差可以控制在2.72 K以内。通过机理分析发现,其原因与均热板内部气液工质的热质传输过程有关。在液冷系统冷却液沿程温升的影响下,均热板腔室中的丙酮气相工质在长度方向上存在定向输运现象,相变产生的蒸汽会携带热量从高温区往低温区流动,从而抑制液冷板低温冷却水对加热表面温度分布的影响,提高了均温性能。

摘要:为深入探究液滴撞击过冷壁面的动态特性以及不同参数对液滴铺展过程的影响,针对液滴撞击硅片的动态铺展行为进行了可视化实验研究,通过改变撞击速度以及液滴尺寸获得了大范围韦伯数下液滴铺展特性随壁面过冷度变化的普遍规律。结果表明,壁面过冷条件下,在不同韦伯数区域,液滴最大铺展直径随壁面温度的升高呈现不同的变化趋势。在低韦伯数区域（We<190）,由于液体黏性及表面张力降低,液滴最大铺展因子随着壁面过冷度的降低而增大；在高韦伯数区域（We>190）,液滴最大铺展因子随着壁面过冷度的降低呈现先下降后上升的趋势,该非线性趋势是壁面温度上升导致最大无量纲指状长度的减量与最大内部铺展因子的增量相互竞争的结果；韦伯数为209时,壁面温度从-36.6 ℃上升至-27.6 ℃,导致最大铺展因子降低5.9%；较大的韦伯数是液滴四周形成指状形态的前提,较低的壁面温度会加剧液膜减速从而强化该形态；液滴达到最大铺展直径的时间随着壁面温度的上升略有增加,随着液滴尺寸的增加显著增加,但几乎不随撞击速度发生变化。研究结果揭示了壁面过冷度对液滴撞击动力学的显著影响,可为控制固-液接触面积的新策略提供理论依据。

摘要:为提高润滑油的抗磨减摩性能,提升机械设备在恶劣工况下运行的稳定性和安全性,通过四球机和低速重载摩擦磨损试验机研究纳米硼酸钙（CaB）和二烷基二硫代磷酸钼（MoDDP）复合润滑油添加剂的减摩抗磨性能,期望取得较单一添加剂更优异的润滑效果。研究结果显示:制备的纳米CaB为不规则的纳米薄片状,平均尺寸为50~150 nm,经油酸改性后在基础油中具有良好的分散稳定性；纳米CaB和MoDDP均可显著提高润滑油的润滑效果,随着纳米CaB和MoDDP添加质量分数的增加,摩擦因数和磨斑直径呈现先降低后升高的趋势,纳米CaB和MoDDP的最佳添加质量分数分别为2.0%和1.5%；与单一添加CaB、MoDDP相比,复合CaB/MoDDP可进一步改善润滑油的减摩抗磨性能,MoDDP和CaB的最佳质量配比为1.5%∶3.0%,此时摩擦副的摩擦因数最小,磨痕最浅,磨斑直径最小,最大无卡咬负荷最高,并且在低速重载工况下,显示出优良的润滑效果,表明CaB/MoDDP复合润滑油添加剂具有良好的减摩抗磨效果,可以显著提高润滑油的性能。

摘要:针对不同工况下轴承监测数据分布差异性导致的诊断精度下降问题,基于深度学习与迁移学习,提出一种多领域深度对抗迁移网络,用于变工况下轴承的智能诊断。将不同工况下的样本集视作属于不同的领域,在特征提取时利用深度残差网络将轴承源域的训练数据与目标域的测试数据映射到高维特征空间,提取监测数据高层抽象的特征表示；设计多领域对抗模块,以支持多故障模式的轴承样本在不同领域对抗模块上进行对抗迁移训练,保障源域与目标域数据在特征空间中的分布有效对齐；在利用源域数据训练故障分类器时引入标签平滑约束,增强故障识别的泛化能力,将源域故障诊断知识迁移到目标域数据的故障信息识别,实现变工况下的轴承智能诊断。利用变工况下的齿轮箱轴承故障数据集与电机轴承数据集对提出方法进行验证,结果表明:相比其他方法,提出的新方法考虑了轴承监测数据的多故障模式结构,更好地提取了领域不变特征,提升了变工况下轴承故障的识别精度。

摘要:针对转子模态动平衡的关键参数转子不平衡量和轴承特性参数难以确定的问题,提出一种基于轴承处振动响应的轴承特性参数和转子分布不平衡参数的同时辨识方法。以多项式函数描述转子质量偏心曲线,表征转子连续分布的不平衡质量；以有限元法建立转子/轴承子结构运动微分方程；采用虚功原理将连续分布的广义不平衡力转化为节点处的集中不平衡力并建立其与偏心曲线系数的关系,从而推导出轴承特性参数及质量偏心曲线系数的同时辨识方程,进而实现基于不同转速下轴承处的振动响应辨识出轴承特性参数和分布不平衡参数。以一个转子轴承系统为例进行了偏心曲线阶次对参数辨识的敏感度仿真,结果表明:偏心曲线阶次对参数辨识结果影响较小。以实测轴承处响应辨识得到的参数进行一阶模态动平衡实验,平衡后轴承处振动明显降低,验证了提出的辨识方法及其在模态动平衡中的有效性。

摘要:针对目标散乱堆叠场景下的机器人分拣问题,建立一种从目标筛选、识别到6D位姿估计的无序分拣系统。利用局部凸性连接方法将Kinect V2相机采集的堆叠散乱目标点云数据分割成单独的点云子集,定义抓取分数从中筛选出最上层未被遮挡的目标作为待抓取目标,保证机器人分拣目标时能从上至下进行抓取；针对不同种类目标的分拣需求,基于匹配相似度函数对三维目标进行识别并定位抓取点；融合截断最小二乘-半定松弛算法和最近点迭代算法,建立目标6D位姿估计模型,保证目标点云和模型点云重合率低情况下的精确配准。在自采数据上进行目标6D位姿估计实验以及机器人无序分拣实验,结果表明:提出的6D位姿估计方法相较于流行的几种方法,可以更快速、精确地获取目标的6D位姿,均方根距离误差＜3.3 mm,均方根角度误差＜5.6°；视觉处理时间远小于机械臂运动的时间,在实际场景中实现了机器人实时抓取的全过程。

摘要:为满足新一代高技术冷连轧机宽幅电工钢薄板等高端板材“Dead flat”矩形断面超平材超高板形质量要求,采用显式动力学有限元法建立六辊冷连轧机一体化仿真模型,利用现场工业轧制试验数据验证有限元模型的准确性,定量分析电工钢完整轧制过程中不同轧制因素对有载辊缝凸度的影响规律；基于6辊UCM冷轧机板形控制机理和课题组自主设计的EDW-N(Edge Drop Control Work Rolls for Non-shifting of the Work Rolls)工作辊非窜辊辊形建立六辊冷连轧机电工钢矩形断面控制的弯辊力数学模型；由有限元仿真与现场工业轧制试验结果确定了六辊冷连轧机电工钢矩形断面控制弯辊力数学模型的参数,并验证了其准确性；某大型1 420 mm六辊冷连轧机生产应用现场连续检测反馈数据表明:取得电工钢高精度出口凸度均值C15≤7 μm的比例从38.58%提高到67.74%的显著生产实绩,充分发挥了六辊冷连轧机的高精度板形控制能力,可在很大调节范围内对板形质量进行调控,为解决无工作窜辊的6辊UCM冷连轧机宽幅电工钢薄板矩形断面控制瓶颈难题提供了解决方案和实现路径。