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基于OBE教育理念的工业机器人课程教学研究——以应用型本科机械类专业为例

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教育观察 2022年第31期11卷 49-52页

作者：黄晨华李湘勤韶关学院智能工程学院

随着中国制造逐步向中国智造转变，工业机器人作为智能制造的核心装备，已越来越多地应用于工业生产中。为适应社会需求，越来越多的高校在本科阶段开设工业机器人课程。传统的应用型本科机械类专业在开设该课程时，由于教材、师资、学... 详细信息

随着中国制造逐步向中国智造转变，工业机器人作为智能制造的核心装备，已越来越多地应用于工业生产中。为适应社会需求，越来越多的高校在本科阶段开设工业机器人课程。传统的应用型本科机械类专业在开设该课程时，由于教材、师资、学生知识结构等原因，存在一定的困难。OBE教育理念强调结果导向，为应用型本科机械类专业新开设工业机器人课程提供了解决思路。依据OBE教育理念的四个阶段，工业机器人课程的学习成果、教学环节与教学活动、学习成果评价不断改进，推动了应用型本科机械类专业发展。

关键词：人才培养机械类专业工业机械人课程改革 OBE理念

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三维测力传感器布局设计

三维测力传感器布局设计

作者：李湘勤中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)

学位级别：硕士

目前测力传感器主要以应变式测力传感器为主，其设计的一个关键问题是如何确定弹性体的应变分布。因此，应变式测力传感器的设计，一般以结构受力时应变响应极大为目标，对多维测力传感器还需以各向干扰极小为目标。本论文主要研究运用... 详细信息

目前测力传感器主要以应变式测力传感器为主，其设计的一个关键问题是如何确定弹性体的应变分布。因此，应变式测力传感器的设计，一般以结构受力时应变响应极大为目标，对多维测力传感器还需以各向干扰极小为目标。本论文主要研究运用拓扑优化的方法，致力于设计圆筒式三维测力传感器的布局，使其具有较大的应变响应，极小的各向干扰。具体研究内容和成果如下： 1）多目标结构拓扑优化。结构静力拓扑优化常集中于以刚度最大为目标，然而在实际工程设计中通常存在多个目标，以位移、应变和应力极值等作为衡量结构性能表现的指示。本文研究为获得一个合理的应变式测力传感器布局，结合应力约束和控制数值不稳定现象的方法建立一个多目标优化模型。 2）三维测力传感器的优化。各向干扰是多维力传感器性能提高和实际应用的关键制约因素，研制各向无干扰、转换矩阵条件数小的多维测力传感器是传感器设计的重要追求。本文研究三个方向受力时在特殊区域响应的应变量最大化为目标，根据多目标函数处理方法、约束条件，建立拓扑优化数学模型。引入滤波方法，拓扑优化圆筒结构。简化拓扑优化构型，选择尺寸参数作尺寸优化，获得可加工制造的结构。 3）三维测力传感器的设计、测试和标定。对优化得到的结构进行有限元分析，分析各目标区域在各向负载下的应变表现，以最大输出为目标，确定应变输出计算公式。求解各向负载下的各向应变输出，分析各向单独负载情况下的横向敏度。根据受单向负载时的应变分布和应变输出计算公式，布置应变片，设计测量电路。对三维传感器结构进行加工、制造，通过测试三维传感器各项性能，对该方法进行了验证。本文对三维测力传感器的设计方法为其它多维力传感器的研制提供了借鉴。

关键词：圆筒拓扑优化力传感器应变片应力/应变

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曲柄滑块机构最大速度位置求解法及运动分析

机械工程与自动化 2022年第6期 19-21页

作者：黄晨华李湘勤毛桂生韶关学院智能工程学院广东韶关512005

曲柄滑块机构是很多机械中常用到的一种机构,滑块的最大速度位置是该种机构的一个特殊位置,不同的文献中对该特殊位置的求解有不同的结论。针对常用的对位置方程求导获得机构速度、加速度的方法存在计算过程复杂等不足,提出了结合速度... 详细信息

曲柄滑块机构是很多机械中常用到的一种机构,滑块的最大速度位置是该种机构的一个特殊位置,不同的文献中对该特殊位置的求解有不同的结论。针对常用的对位置方程求导获得机构速度、加速度的方法存在计算过程复杂等不足,提出了结合速度、加速度求解用到的解析法和图解法的长度求解法:依据极值处的导数为零这一数学规律,首先作出机构的加速度多边形图,然后令加速度多边形图中与滑块加速度对应的边长为零,求出对应的曲柄转过的角度,从而得到曲柄与连杆的夹角。用实例对比了两种求解方法,验证了提出的长度求解法正确可行。经运动分析得出滑块处于最大速度时:①曲柄并不是一定与连杆垂直,只有在偏心距与曲柄相等且在去程时,曲柄与连杆的夹角为90°;②当偏心距为0时,只有曲柄长度远小于连杆长度(比值小于5%),曲柄与连杆的夹角才为90°;③不同的曲柄滑块机构几何尺寸,曲柄与连杆的夹角不同。

关键词：曲柄滑块机构运动分析最大速度位置长度求解法导数求解法

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基于Pro/E草绘的平面连杆机构创新设计

机械设计与制造 2011年第5期 98-100页

作者：李湘勤廖宇兰海南大学儋州校区机电工程学院儋州571737

针对机械设计手册上平面连杆机构的设计方法,应用Pro/Engineer草绘模块的绘图工具结合作图法求解平面连杆机构。根据不同的已知量求解连杆机构,得出未知量,并不断改进,实现机构创新设计。重点选用机械设计手册上所介绍的几种典型事例,... 详细信息

针对机械设计手册上平面连杆机构的设计方法,应用Pro/Engineer草绘模块的绘图工具结合作图法求解平面连杆机构。根据不同的已知量求解连杆机构,得出未知量,并不断改进,实现机构创新设计。重点选用机械设计手册上所介绍的几种典型事例,即按传动角设计四杆机构、按照输入杆与输出杆的位置关系设计四杆机构、连杆位置及连杆点位置设计四杆机构三大类型,结合作图法,调用Pro/Engineer软件提供的"关系"及草绘模式下提供的"几何约束"进行求解模型,以论证此方法的简便与实用性。

关键词： Pro/Engineer 平面连杆机构草绘图

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基于光固化3D打印的支撑结构分析与试验

轻工科技 2022年第2期38卷 63-65页

作者：林浩涛黄伟杰邱奕森林振宇吴伟辉李湘勤韶关学院智能工程学院广东韶关512005

通过添加支撑结构来确保零件悬置结构能在3D打印过程中顺利成型,是3D打印技术重要的前处理。但对模型添加非零件自身结构的支撑结构势必会增加原材料的用量,降低了材料利用,而且对模型采用不同的支撑结构,其支撑强度和材料利用率存在区... 详细信息

通过添加支撑结构来确保零件悬置结构能在3D打印过程中顺利成型,是3D打印技术重要的前处理。但对模型添加非零件自身结构的支撑结构势必会增加原材料的用量,降低了材料利用,而且对模型采用不同的支撑结构,其支撑强度和材料利用率存在区别。本文主要针对树形支撑和桁架支撑,分别研究其对不同模型支撑强度和材料利率的差异,并采用光固化3D打印技术试验不同模型的打印效果,为零件3D打印制造过程中支撑结构添加与选择提供指引。

关键词： 3D打印光固化支撑结构

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免组装滚动轴承的激光选区熔化增材制造研究

制造技术与机床 2016年第8期 124-128页

作者：李湘勤吴伟辉黄长征韶关学院物理与机电工程学院广东韶关512005

为通过免组装方法获得圆锥滚子轴承,建立了免组装圆锥滚子轴承几何模型,并成功采用激光选区熔化技术进行了免组装制造;对免组装轴承的运动性展开了实验验证,发现除因激光选区熔化工艺限制导致成型元件表面粗糙度值较大影响到元件受力不... 详细信息

为通过免组装方法获得圆锥滚子轴承,建立了免组装圆锥滚子轴承几何模型,并成功采用激光选区熔化技术进行了免组装制造;对免组装轴承的运动性展开了实验验证,发现除因激光选区熔化工艺限制导致成型元件表面粗糙度值较大影响到元件受力不均外,轴承内部元件的相对运动性能满足轴承的运动功能需求,且随配合运动时间的延长,各元件的运动越发平稳。这为进一步增材制造其他免组装结构提供了借鉴。

关键词：增材制造激光选区熔化免组装机构滚动轴承

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热力耦合作用下支撑平台的拓扑优化

计算机仿真 2014年第4期31卷 227-231页

作者：李湘勤谢军刘永明刘震宇中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100039

在光电经纬仪支架结构优化设计中,为了减少支撑平台变形对被支撑对象工作性能的影响,引入连续体拓扑优化技术进行结构设计。对支撑平台结构进行优化设计,使得受载荷时支撑平面的变形量减少。根据两种支撑平台的结构形式及可能工作的环境... 详细信息

在光电经纬仪支架结构优化设计中,为了减少支撑平台变形对被支撑对象工作性能的影响,引入连续体拓扑优化技术进行结构设计。对支撑平台结构进行优化设计,使得受载荷时支撑平面的变形量减少。根据两种支撑平台的结构形式及可能工作的环境,建立位移最小热力耦合拓扑优化数学模型。应用材料属性有理近似模型(Rational approximation of material properties,RAMP)对弹性模量及热应力进行插值,并推导目标函数对设计变量的敏度,用Matlab编程,在Comsol脚本环境下对支撑平台结构在三种工况下分别进行拓扑优化设计。对比经验设计结构与拓扑优化设计的结构支撑平面的变形值,结果显示经优化后的结构支撑平面变形明显得到改善,证明了方法的正确性,为支撑平台结构设计提供可靠的理论基础。

关键词：支撑平台拓扑优化热力耦合多工况

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弹性薄膜液体透镜的优化设计及面形分析

中国激光 2013年第12期40卷 247-254页

作者：刘永明谢军李湘勤刘震宇中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

为使弹性薄膜液体透镜的光学薄膜变形后面形满足光学系统对球面面形的设计要求,采用固体各向同性惩罚微结构拓扑优化模型和移动渐近算法优化算法,对液体透镜的弹性体支撑区域进行了拓扑优化,得到了满足收敛条件的拓扑构型。根据拓扑优... 详细信息

为使弹性薄膜液体透镜的光学薄膜变形后面形满足光学系统对球面面形的设计要求,采用固体各向同性惩罚微结构拓扑优化模型和移动渐近算法优化算法,对液体透镜的弹性体支撑区域进行了拓扑优化,得到了满足收敛条件的拓扑构型。根据拓扑优化结果,对关键结构尺寸进行了形状优化。综合考虑加工制造等因素,设计了易于加工制造的光学透明弹性薄膜液体透镜。对光学薄膜进行了面形精度分析,计算了不同口径下的面形误差峰谷(PV)值和方均根(RMS)值。数值结果表明,光学薄膜变形面形在弦高为0.5mm,光学薄膜口径分别为100%、95%、90%时,优化结构面形误差PV值分别是初始结构面形误差PV值的5.7%、11.9%、2.5%,RMS值分别是初始结构RMS值的11.2%、21.9%、45.4%。用36项Zernike多项式对变形光学薄膜进行拟合,结果表明,优化结构的Zernike系数第4、第9、第16、第25项比初始结构明显降低。

关键词：光学设计液体透镜拓扑优化 Zernike多项式面形精度

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悬臂梁式测力传感器结构的拓扑优化设计

机械设计与制造 2014年第2期 46-48,51页

作者：李湘勤刘永明谢军刘震宇中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室吉林长春130033 中国科学院大学研究生院北京100039

对二维悬臂梁结构进行初始数值分析,确定贴片布置方式。根据力传感器的设计要求,如贴片区域的应力集中、刚度和重量等,基于常用的SIMP拓扑优化方法,建立拓扑优化模型。结合敏度过滤、密度过滤方法和优化模型参数的连续化方法,使优化的... 详细信息

对二维悬臂梁结构进行初始数值分析,确定贴片布置方式。根据力传感器的设计要求,如贴片区域的应力集中、刚度和重量等,基于常用的SIMP拓扑优化方法,建立拓扑优化模型。结合敏度过滤、密度过滤方法和优化模型参数的连续化方法,使优化的结构收敛到一个细结构较少的拓扑构形。采用MMA优化算法对优化模型进行求解,实现对悬臂梁式测力传感器结构的拓扑优化设计。最终优化结果显示,经拓扑优化得到一个应变在贴片区域集中的优化结构,并达到四个贴片区域的应变量一致。

关键词：传感器拓扑优化滤波连续法