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切割脱离式鲜食朝天椒采摘末端执行器设计与试验

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农业机械学报 2024年第10期 126-135页

作者：赵雄张号号傅鸿妃徐亚丹陈建能浙江理工大学机械工程学院浙江省种植装备技术重点实验室杭州市农业科学研究院蔬菜研究所杭州职业技术学院

末端执行器是采收机器人重要组成部分，针对单生朝天椒果实朝天生长特征，本文设计了一款切割脱离式鲜食朝天椒采收末端执行器。针对朝天椒果实长度55～80 mm、果实最大直径9～13 mm、茎秆直径2～3 mm、茎秆长度20～30 mm,采用横断切、... 详细信息

末端执行器是采收机器人重要组成部分，针对单生朝天椒果实朝天生长特征，本文设计了一款切割脱离式鲜食朝天椒采收末端执行器。针对朝天椒果实长度55～80 mm、果实最大直径9～13 mm、茎秆直径2～3 mm、茎秆长度20～30 mm,采用横断切、斜切、削切切割方式对品种“高辣878”朝天椒进行了生物特性试验，结果表明，在入切角70°、80°下朝天椒茎秆最大切割力为13.1 N。根据朝天椒生物特性设计了末端执行器，建立了末端剪切机构运动学与动态静力数学模型，并基于动态静力分析结果，以外部驱动力最小为目标采用遗传算法对末端执行器剪切机构杆件尺寸进行优化，优化得到曲柄长度为33 mm,连杆长度为60 mm,连杆延长杆长度为54 mm。为实现朝天椒茎秆切断，优化得到剪切机构需要外部驱动力矩0.94 N·m,根据优化结果选用舵机作为动力源。最后通过采收试验验证了朝天椒采收末端执行器的可行性。试验结果表明，末端执行器整体采收成功率为91.3%,验证了朝天椒末端执行器具有良好的采收性能。

关键词：采收机器人朝天椒末端执行器动态静力分析

聚氧化乙烯基相分离结构聚合物电解质及其在锂电池中的应用

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聚氧化乙烯基相分离结构聚合物电解质及其在锂电池中的应用

作者：张号群吉林大学

学位级别：硕士

锂离子电池作为一种高效的储能设备,问世以来就获得了研究者们的密切关注,以石墨作为负极的锂离子电池在经过十几年的研究后已经接近其理论能量密度,不能满足人们对高比能电池的需求。锂金属具有高理论容量和低氧化还原电位,以锂金属作... 详细信息

锂离子电池作为一种高效的储能设备,问世以来就获得了研究者们的密切关注,以石墨作为负极的锂离子电池在经过十几年的研究后已经接近其理论能量密度,不能满足人们对高比能电池的需求。锂金属具有高理论容量和低氧化还原电位,以锂金属作为负极能够保证电池拥有更高的能量密度。然而,锂金属反应活性高、体积变化大以及易形成锂枝晶等问题仍然困扰着研究者们,为了追求更好的安全性能以及更高的能量密度,采用更加稳定的固态电解质替换易燃的有机电解液成为了更好的选择。聚合物固态电解质（SPE）具有良好的柔韧性、可加工性、与电极接触良好等优点,是实现高能锂电池最有前途的固态电解质之一。聚氧化乙烯（PEO）是一种常见的SPE,与锂金属具有良好的相容性以及优异的解离锂盐的能力,但是PEO基电解质有限的离子传导率、较窄的电化学稳定窗口以及热稳定性较差等问题限制了它的进一步发展。“盐中聚合物”是改善PEO基SPE离子传导率的有效方法,过量的锂盐在聚合物中形成以大离子团簇为主要溶剂化结构的传导路径,有效提升了电解质的离子传导率。但是过量的锂盐破坏了聚合物链之间的缠结,使电解质的机械强度显著降低,无法抑制锂枝晶的生长,甚至无法成膜。为了解决高盐含量下电解质机械性能不佳的问题,本论文依据“刚柔并济”的理念,分别采用复合和共聚的手段将PEO链段与刚性的聚芳醚骨架相结合,制备了两种不同相分离尺度的SPE,探究了相分离结构的尺度以及锂盐在电解质中的溶剂化结构对电解质机械性能以及电化学性能的影响。具体结果如下:（1）利用静电纺丝的方法将刚性强的酮亚胺聚醚醚酮（PEEKt）制成具有微米级孔隙的纤维骨架,再通过溶液浇铸法将含有过量锂盐的PEO填充进纤维骨架孔隙中,得到了微米尺度上相分离的SPE。PEEKt纤维骨架良好的刚性解决了PEO在高盐含量下的由于链间缠结被破坏所导致的无法有效成膜的问题。结果表明,该SPE在EO:Li达到2的条件下仍保持良好的柔性,且拉伸强度达到8.0MPa。离子传导率为1.87×10-4 S cm-1（60℃）,相比于纯PEO提升了1倍,Li//Li对称电池可以在0.1 m A cm-2的电流密度下稳定循环150 h无短路或过电势增长,组装成的磷酸铁锂（LFP）//Li半电池经100次循环后仍有87.2%的容量保持率。（2）虽然静电纺丝纤维膜和PEO的复合可以改善SPE的机械性能,但在高电流密度下仍会发生短路。这是因为微相分离的尺度超过了锂枝晶的生长尺寸。为了进一步提升SPE的传导率以及抵抗枝晶生长的能力,利用缩合聚合将刚性的聚芳醚酮（PAEK）与PEO链段通过共价键联接到一起,两种链段的热力学性质、机械性质以及对Li+的亲和性显著不同,形成了纳米尺度上相分离的SPE。该电解质的双连续相结构既为离子的传导提供了通路,又在更小的空间上对锂枝晶的生长起到机械抑制作用。探究了电解质内部锂盐的溶剂化结构,发现在两相界面处形成了不同于PEO体相的离子传输路径,其对离子传导率起主要贡献作用。结果表明,该SPE在EO:Li达到2的条件下拉伸强度达到7 MPa,离子传导率为1.02×10-3 S cm-1（60℃）,相比于纯PEO提升了10倍左右,Li//Li对称电池在0.5 m A cm-2的电流密度下能够稳定循环100 h不发生短路或过电势增长,组成的LFP//Li电池在经500次循环后的容量保持率为86.5%,有望应用于未来的高能固态电池领域。

关键词：锂电池聚合物固态电解质盐中聚合物机械强度相分离

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C-S-H合成及其胶凝性能研究

C-S-H合成及其胶凝性能研究

作者：孙号广州大学

学位级别：硕士

水化硅酸钙（C-S-H）是水泥水化的主要产物,占比达60%～70%。然而,由于水泥水化过程复杂,C-S-H的分离困难,无法单独对其进行研究。因此,通过人工合成高纯度、低杂质的水化硅酸钙,可以有效替代水泥水化的C-S-H。C-S-H具有良好的胶凝性能... 详细信息

水化硅酸钙（C-S-H）是水泥水化的主要产物,占比达60%～70%。然而,由于水泥水化过程复杂,C-S-H的分离困难,无法单独对其进行研究。因此,通过人工合成高纯度、低杂质的水化硅酸钙,可以有效替代水泥水化的C-S-H。C-S-H具有良好的胶凝性能,在一定压力的作用下,C-S-H颗粒互相作用形成具有轻质高强的试块。通过人工制备的C-S-H,去研究其结构与形貌,进而深入研究C-S-H微观力学性能,揭示C-S-H颗粒间相互作用机理。本文以硅酸钠与氯化钙为原料,采用共沉淀法合成高纯度、无团聚的C-S-H,并在压力作用下制备压制成型后的样品。通过对C-S-H合成条件的影响,研究钙硅比（C/S）及氧化石墨烯（GO）对于C-S-H的组成、结构及微观形貌的影响。最后根据不同的条件制备C-S-H压制成型的样品,使用纳米压痕仪以及原子力显微镜对C-S-H压制成型样品微观力学性能进行表征,探究C/S比、离子浓度、GO对其微观力学性能的影响,并阐明C-S-H颗粒间相互作用机理。本文基于以上的研究,得出了以下结论:（1）随着C/S比增大,合成C-S-H的粒径会减小,结晶性提高,同时硅氧四面体聚合度会降低,内部孔隙减少,内部结构更密实,其形貌由层状结构逐渐演变为无序聚集结构。（2）氧化石墨烯（GO）的加入提高了合成C-S-H的结晶度,硅氧四面体聚合度提高,合成C-S-H中Q2P与Q2的含量上升,其层状结构堆叠更加有序。GO填充C-S-H的内部孔隙,从而降低内部孔隙率。（3）随着C/S比增大,C-S-H压制成型样品中Si-O键增强,晶格间距增大,结晶度提升,孔隙率降低,弹性模量与硬度提升,微观力学性能得改善,抗水性能变化幅度不显著。（4）随着Ca2+浓度升高,C-S-H压制成型样品中Si-O键增强,结晶程度提高,内部孔隙降低,微裂缝现象得到了改善,弹性模量与硬度提高,微观力学性能得到改善,抗水性能增强。（5）随着pH升高,C-S-H压制成型样品中的Q2四面体Si-O不对称拉伸振动向较低频率移动,而Q1四面体Si-O条带的拉伸强度增大,弹性模量提高,微观力学性能提升,水稳定性变化不显著。（6）GO的掺入使得C-S-H压制成型样品中Si-O键振动峰变宽,硅氧链聚合度变高,结晶度变高,微观力学性能显著提升,孔隙率明显降低,弹性模量明显提升,水稳定性明显改善。

关键词：水化硅酸钙合成压制成型微观力学性能纳米压痕原子力显微镜

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分布式光纤传感系统信号处理关键算法研究

分布式光纤传感系统信号处理关键算法研究

作者：刘寅号天津理工大学

学位级别：硕士

基于影响矩阵快速提取的CFST拱桥扣挂索力高效优化方法

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基于影响矩阵快速提取的CFST拱桥扣挂索力高效优化方法

作者：刘云号重庆交通大学

学位级别：硕士

拱桥,作为我国传统桥梁之一,因其良好的受力形式,在我国基础建设中占有重要的地位,特别在多山脉、峡谷及河流的西南地区。斜拉扣挂悬臂拼装法具有机动性好、对地形适应性强等诸多优点,成为了大跨度钢管混凝土拱桥的首选施工方法。在钢... 详细信息

拱桥,作为我国传统桥梁之一,因其良好的受力形式,在我国基础建设中占有重要的地位,特别在多山脉、峡谷及河流的西南地区。斜拉扣挂悬臂拼装法具有机动性好、对地形适应性强等诸多优点,成为了大跨度钢管混凝土拱桥的首选施工方法。在钢管混凝土拱桥斜拉扣挂悬拼施工过程中,主拱圈合龙松索后成拱线形的优劣,不仅影响其整体美观,更决定着结构稳定性和安全性,因此主拱圈线形控制成为了斜拉扣挂悬拼施工过程中极其重要的一环。扣索作为主拱圈成形的重要辅助手段,直接关联着主拱的最终形态,目前扣索索力的计算方法虽然有很多种,但存在着索力优化速率慢和精度较低的问题。为此,本文从主拱圈成拱线形与扣索索力的关系出发,基于影响矩阵法开展钢管混凝土拱桥斜拉扣挂索力高效优化方法研究。主要研究内容及结论如下:（1）综合分析了钢拱肋从制造到合龙松索过程中所经历的不同线形,厘清了它们之间的相互转换关系;通过比较不同预拱度分配方法的适用性,确定了合理的松索后成拱目标线形;对常用的扣索索力计算方法进行了对比分析,明确了用影响矩阵法优化扣索索力的思路。（2）针对影响矩阵传统提取方法速率慢的问题,基于有限元原理,采用C++编写了快速计算程序,用以提取影响矩阵,并将其计算结果与Midas/Civil计算结果进行了对比和分析,发现索力-位移影响矩阵的最大差值为0.002mm、重力-位移影响向量之间的最大差值为1.177mm,实现了影响矩阵的快速提取。（3）针对将扣索假定为直杆进行正装迭代计算,导致优化后索力精确度较低的问题,在有限元计算中用索单元模拟扣索,在此基础上推导了成拱线形方阵[H]、位移迭代值[ΔEi]和一次落架线形与初始索力作用下松索后成拱线形差值[G]的数学关系,提出了“结果和过程兼顾”的索力优化的方法,并用一座实桥进行了验证。结果表明,本文索力优化方法,不仅提高了正装计算的迭代效率和索力精度,保证了松索后成拱线形满足一次落架线形要求,而且有效地控制了各控制点的施工线形,确保了每根扣索索力的变化均匀性,还使得主拱圈应力在斜拉扣挂悬拼施工整个过程中始终保持在合理范围以内。（4）对优化方法中位移参数λ的不同取值进行了比较,分析了位移参数λ不同取值对正装计算的迭代效率、松索后成拱线形、施工线形以及索力均匀性的影响。结果表明,在1.01～1.50范围内,将位移参数λ设定为小于1.05时,可以显著提高迭代效率;位移参数λ的不同取值,对松索后成拱线形、拱肋施工线形以及扣索索力均匀性的影响不明显。

关键词：钢管混凝土拱桥斜拉扣挂影响矩阵索力优化拱肋线形

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未知环境下无人机编队智能避障控制方法

清华大学学报（自然科学版） 2024年第2期64卷 358-369页

作者：黄号马文卉李家诚方洋旺西北工业大学无人系统技术研究院西安710072 西北工业大学自动化学院西安710072

为保障固定翼无人机编队在未知障碍环境下的安全飞行,该文针对固定翼无人机编队飞行控制方法展开研究。在深度确定性策略梯度(deep deterministic policy gradient,DDPG)的基础上,引入贪婪选择构建了Greedy-DDPG算法,训练长机模型实现... 详细信息

为保障固定翼无人机编队在未知障碍环境下的安全飞行,该文针对固定翼无人机编队飞行控制方法展开研究。在深度确定性策略梯度(deep deterministic policy gradient,DDPG)的基础上,引入贪婪选择构建了Greedy-DDPG算法,训练长机模型实现避障控制;并结合人工势场的方法和领从一致性设计了僚机群避障避碰控制策略,确保僚机能够规避障碍,跟随长机执行飞行任务。数值仿真实验结果显示,Greedy-DDPG算法的训练时长比DDPG算法的缩短了5.9%,避障的泛化能力得到提升;Monte Carlo仿真实验验证结果显示,该方法具有良好的鲁棒性。采用该方法可实现无人机编队协同飞行,对于保障无人机编队在未知环境中的飞行安全具有重要意义。

关键词：编队控制避障避碰强化学习集中式协同

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基于证据链的产品质量检测信息化系统

制造技术与机床 2024年第5期 173-180页

作者：和明军闫号中国空空导弹研究院河南洛阳471009

工业信息化4.0提出以来,对质量检测的可靠性和检测效率的要求不断提高。为解决基于传统的依靠人工加以检测仪器辅助的质量检测手段效率低下、检测结果受人的主观影响较大等问题,文章提出基于数字化证据链的产品质量检测信息化系统,全面... 详细信息

工业信息化4.0提出以来,对质量检测的可靠性和检测效率的要求不断提高。为解决基于传统的依靠人工加以检测仪器辅助的质量检测手段效率低下、检测结果受人的主观影响较大等问题,文章提出基于数字化证据链的产品质量检测信息化系统,全面介绍了系统的基本架构,包括产品质量检测数据采集模块、过程数据数字化模块、数据分析管理模块、过程检验动态管理模块、证据链构造和解析模块以及客户质量检测数据管理模块,并基于上述模块组成的系统介绍了四种典型的工作流程,给出了相关应用案例,以供各生产、检测人员参考。

关键词：证据链质量检测大数据分析信息化

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Delta并联机器人运动学性能分析与结构参数优化

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农业机械学报 2024年第8期55卷 446-458页

作者：伞红军杨晓园陈久朋吴兴梅张号彬徐贝昆明理工大学机电工程学院昆明650500 云南省先进装备智能制造技术重点实验室昆明650500

Delta并联机器人具有速度快、结构简单、承载力强等优点,在钵苗移栽、产品分拣与包装中应用广泛。针对目前Delta并联机器人各结构参数对运动学性能的影响及系统性结构参数优化设计缺乏完整理论体系的问题,本文分析可达工作空间雅可比矩... 详细信息

Delta并联机器人具有速度快、结构简单、承载力强等优点,在钵苗移栽、产品分拣与包装中应用广泛。针对目前Delta并联机器人各结构参数对运动学性能的影响及系统性结构参数优化设计缺乏完整理论体系的问题,本文分析可达工作空间雅可比矩阵条件数分布规律、结构参数约束关系、运动学性能随结构参数的变化规律及相关性,获得条件数分布特性和失真约束条件,在此基础上得出动静平台半径差和主动臂长度增加和从动杆长度减小能够使得机构性能较优。给定设计工作空间,对原结构进行参数优化设计,通过建立包络惩罚函数,采用多元非线性拟合与线性加权组合法得到运动学性能评价函数,结合条件数分布特性和失真约束条件建立优化模型,利用遗传算法进行优化。相较于优化前,优化后可达工作空间体积减小14.26%,设计工作空间的全局条件数均值和全局条件数标准差分别减小31.20%和11.78%,且设计工作空间各截面条件数分布规律验证了条件数分布特性的可靠性。

关键词： Delta并联机器人运动学性能失真约束条件条件数分布规律结构参数优化

质子交换膜燃料电池均温板散热特性的数值分析

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太阳能学报 2024年第6期45卷 109-116页

作者：葛志晶郑东明裴东号曹军华东理工大学机械与动力工程学院上海200237

以面向质子交换膜燃料电池电堆散热的超薄均温板为研究对象,用多孔介质传热模型、层流模型和Brinkman方程构建三维稳态数值模型,通过质量守恒确定气液界面的相变传质,研究在吸液芯饱和充液的常规工况下均温板的稳态特性。结果表明:超薄... 详细信息

以面向质子交换膜燃料电池电堆散热的超薄均温板为研究对象,用多孔介质传热模型、层流模型和Brinkman方程构建三维稳态数值模型,通过质量守恒确定气液界面的相变传质,研究在吸液芯饱和充液的常规工况下均温板的稳态特性。结果表明:超薄结构以及支撑柱的存在使内部压降较大;随着冷凝段对流换热系数的增大,均温性变差,内部压降也显著增大;随着热流密度的增大,温差先增大后减小,热阻持续下降;孔隙率的变化对平衡终态影响较小;渗透率的增大将极大的降低吸液芯内的液体压降,有利于相变循环。

关键词：质子交换膜燃料电池两相流传热超薄均温板数值分析

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