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Soft-rigid coupling grippers:Collaboration strategies and integrated fabrication methods

Science China(Technological Sciences) 2023年第11期66卷 3051-3069页

作者： CHEN Han ZHU JiaQi CAO Yu XIA ZhiSheng chai zhiping DING Han WU ZhiGang State Key Laboratory of Digital Manufacturing Equipment and Technology School of Mechanical Science and EngineeringHuazhong University of Science and TechnologyWuhan 430074China Department of Mechanical and Automation Engineering The Chinese University of Hong KongHong Kong SAR 999077China

Continuously increasing applications of robot technologies in unstructured environments put higher requirements on the robotic grippers'performance,such as interaction capability,output force range,and controllability.However,currently,it is hard for either rigid or soft grippers to meet these requirements,as single soft or rigid structures alone are difficult to effectively overcome/alleviate their inherent defects,e.g.,low compliance of rigid structures and low output force of soft structures.To deal with these difficulties,soft-rigid coupling grippers,or hybrid grippers are proposed.Technically,the soft-rigid coupling is a promising design that combines soft and rigid structures,in order to exploit their respective advantages,such as the strength of rigid structures and compliance of soft structures,in the same set of the gripper system.For the first time,herein,this paper systematically discusses the collaboration strategies of the existing hybrid robotic grippers,by classifying them as Rigid-activesoft-passive,Rigid-passive-soft-active,and Rigid-active-soft-active.At the same time,we introduce the integrated fabrication methods of hybrid grippers,through which the soft and rigid structures with great stiffness and property differences can be coupled together to construct a stable system.Also,possible performance improvements on soft-rigid coupling design for gripper systems are discussed.

关键词： grasping grippers hybrid design soft-rigid coupling soft-rigid collaboration

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软体技术在机器人化制造中的应用与展望

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机器人 2024年第2期46卷 158-177页

作者：蒲萌浩徐富康柴治平夏志生丁汉吴志刚华中科技大学智能制造装备与技术全国重点实验室湖北武汉430074 华中科技大学机械科学与工程学院湖北武汉430074

当前,传统的制造方案已无法满足日益严苛的大型工件制造需求,机器人化制造方案成为解决问题的关键,但目前还存在诸多局限,例如:结构复杂、适形性低、容易对工件造成破坏、加工-检测一体化难等问题。针对上述问题,提出了将软体技术与机... 详细信息

当前,传统的制造方案已无法满足日益严苛的大型工件制造需求,机器人化制造方案成为解决问题的关键,但目前还存在诸多局限,例如:结构复杂、适形性低、容易对工件造成破坏、加工-检测一体化难等问题。针对上述问题,提出了将软体技术与机器人化制造系统融合的思路,在机器人化加工、检测和装配3个场景中引入软体变刚度技术、柔性传感技术和软体夹持器技术,赋予机器人化系统轻量化、顺应化、无损化、无感化、集成化等优点,为机器人化制造提供全新的解决方案。并且,针对机器人化制造未来的发展趋势,分析了软体技术巨大的应用潜力,进一步推动机器人化制造向着共融机器人方向深入发展。

关键词：制造软体技术机器人化制造共融机器人

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结构约束型可编程柔性跃变结构蒙皮设计

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中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第6期54卷 81-89页

作者：柯星星柴治平雍昊臣丁汉吴志刚华中科技大学智能制造装备与技术全国重点实验室武汉430074 华中科技大学机械科学与工程学院武汉430074

可编程柔性蒙皮在软体机器人、柔性电子和柔顺机构等领域具有重要的应用价值.然而,现有许多基于跃变结构蒙皮往往在进行力学阈值和工作行程设计时,存在阈值和行程耦合且设计参数空间有限等问题,限制了其在前述各个领域灵活应用.通过将... 详细信息

可编程柔性蒙皮在软体机器人、柔性电子和柔顺机构等领域具有重要的应用价值.然而,现有许多基于跃变结构蒙皮往往在进行力学阈值和工作行程设计时,存在阈值和行程耦合且设计参数空间有限等问题,限制了其在前述各个领域灵活应用.通过将约束结构引入跃变结构,本文提出了一种力学阈值和工作行程可同时编程的柔性结构蒙皮设计方法.首先,通过系统地表征基本跃变结构的力学阈值和工作行程与关键结构参数的关系,本文拟合了力学阈值和工作行程与结构参数的数学关系;进一步地,通过引入约束结构对其工作行程进行约束,建立了该约束结构的结构参数和工作行程的数学映射;最后,基于所提出的结构约束型可编程柔性跃变结构蒙皮,实现了在力学阈值几乎不变的条件下对蒙皮工作行程的精确调控,并验证了该方案对多级梯度行为调控的可行性.简而言之,本文所提出的方法极大简化了柔性蒙皮力学阈值和工作行程协同设计,拓宽了其设计参数空间,并使得跃变过程更加平顺,有助于实现柔性蒙皮在软体机器人、柔性电子等领域广泛灵活的应用.

关键词：柔顺机构力学柔性蒙皮软体机器人

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一种新型光电离/微型正交加速飞行时间质谱仪的设计和性能测试

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分析化学 2006年第12期34卷 1807-1812页

作者：侯可勇董璨张娜珍徐秀明王俊德姚琏柴志平李海洋中国科学院大连化学物理研究所安阳工学院

介绍了自行研制的光电离/微型正交加速飞行时间质谱仪的设计原理和性能。电离源采用光子能量为10.6 eV真空紫外灯,它可将待测分子电离只产生单电荷母体离子,不产生碎片离子。采用该光电离方法得到的质谱谱图比较简单,气体样品可以不经... 详细信息

介绍了自行研制的光电离/微型正交加速飞行时间质谱仪的设计原理和性能。电离源采用光子能量为10.6 eV真空紫外灯,它可将待测分子电离只产生单电荷母体离子,不产生碎片离子。采用该光电离方法得到的质谱谱图比较简单,气体样品可以不经分离直接进行分析。离子正交引入结构的飞行时间质量分析器有效地提高了质谱分辨率。用32 cm无场飞行管,测量碘甲烷得到的质谱分辨率可达430。在谱图获得频率10 kHz的操作条件下,样品总分析时间20 s,得到苯和碘甲烷的检出限分别为10×10-6,5×10-6。软电离和微型化使得该质谱仪在可挥发性有机物的实时在线监测方面有广泛的应用。

关键词：飞行时间质谱真空紫外光电离软电离在线检测

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Release Behavior of Sulfur during Fluidized Bed Gasification

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Journal of Thermal Science 2021年第5期30卷 1731-1740页

作者： XIAN Shengxian ZHANG Haixia chai Zhen JIANG Denghao ZHU zhiping Institute of Engineering Thermophysics Chinese Academy of SciencesBeijing100190China University of Chinese Academy of Sciences Beijing100049China

During fluidized bed gasification,sulfur in coal will be released,which will lead to environmental pollution.The release behavior of sulfur in fluidized bed gasification has not been fully studied,although fluidized bed gasification technology has a promising prospect.Thus the release behaviors of sulfur during fluidized bed gasification were investigated comprehensively through two aspects:temperature and reaction atmosphere.During air gasification,the main gaseous sulfur is H_(2)S,followed by COS,and the yield of SO_(2)and CS_(2)is low.With the increase of temperature,both of the released sulfur and the percentage of inorganic sulfur in gas phase increase.Under the same working condition,the distributions of sulfur forms in gasification residues are analogous.Organic sulfur is the dominate sulfur forms in the gasification residues.Sulfate in residues increases while organic sulfur decreases with increasing temperature.Among three reaction atmospheres(CO_(2)/steam/air)studied,the yield of H_(2)S is the most among the above four kinds of gaseous sulfur.The percentage of H_(2)S in gaseous sulfur(H_(2)S/Sg)is the highest in the process of steam gasification,while most sulfur is released during air gasification.The sequencing of H_(2)/CO is the same as that of H_(2)S/Sg,while the trend of sulfur release rate is consistent with that of carbon conversion rate.The distributions of sulfur species in the fly ash of CO_(2)gasification and steam gasification are similar,while the sulfate content in the fly ash of air gasification is the highest.

关键词： released sulfur fluidized bed gasification temperature reaction atmosphere

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从管道模型光固化的打印过程及后处理二次固化工艺试验研究

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实验室科学 2021年第3期24卷 61-64,67页

作者：张红哲王耀春苏猛猛柴治平大连理工大学机械工程学院辽宁大连116000

光固化成型技术(SLA)是目前应用较多的快速成型技术之一,有成型精度高、表面质量好,自动化程度高等优点。SLA的后处理是光固化成型技术的重要环节,然而目前缺乏系统的研究。以管道为试验模型,结合试验数据分析了切片层厚、打印功率、二... 详细信息

光固化成型技术(SLA)是目前应用较多的快速成型技术之一,有成型精度高、表面质量好,自动化程度高等优点。SLA的后处理是光固化成型技术的重要环节,然而目前缺乏系统的研究。以管道为试验模型,结合试验数据分析了切片层厚、打印功率、二次固化功率和时间等重要参数对成品打印件质量的影响;分析了试验中光固化打印件在二次固化后会变黄的现象。为光固化液压管路后处理技术在工业领域的应用提供了理论依据和可行的试验方法。

关键词：光固化成型管道模型打印固化参数产品质量

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带泄压孔的舱室内爆冲击波载荷特性

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中国舰船研究 2023年第3期18卷 155-162页

作者：王志平徐双喜陈威乐京霞柴威李晓彬武汉理工大学理学院湖北武汉430063 武汉理工大学船海与能源动力工程学院湖北武汉430063

[目的]旨在研究带泄压孔舱室内爆冲击波载荷特性及其在邻舱内的传播规律。[方法]开展双舱室泄爆的数值仿真分析,基于Baker公式分析爆炸当舱压力下降的规律。基于邻舱内压力分布特性,采用最小二乘原理推导邻舱内的初次峰值压力经验公式。... 详细信息

[目的]旨在研究带泄压孔舱室内爆冲击波载荷特性及其在邻舱内的传播规律。[方法]开展双舱室泄爆的数值仿真分析,基于Baker公式分析爆炸当舱压力下降的规律。基于邻舱内压力分布特性,采用最小二乘原理推导邻舱内的初次峰值压力经验公式。[结果]结果显示,在泄爆过程中,泄压孔的增大会改变当舱和邻舱内压力场的初始形态,表现为弱化当舱压力汇聚及叠加作用和强化邻舱压力的传播。在不考虑舱壁结构形变的影响下,冲击波穿过泄压孔后呈现桃形和水母形压力分布,且出现了压力分层及随角度衰减的现象。[结论]研究结果有助于舱室内爆载荷特性研究。

关键词：舱室内爆冲击波泄爆载荷分布

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生物质替代燃料在水泥行业的应用进展

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洁净煤技术 2023年第10期29卷 54-65页

作者：王俊杰杨华伟湛月平柴祯蔡军朱治平中国科学院工程热物理研究所煤炭高效低碳利用全国重点实验室北京100190 煤灵活燃烧与热转化山西省重点实验室山西大同037000 山西省煤炭清洁高效燃烧与气化工程研究中心山西大同037000 中国科学院大学北京100049

水泥工业是重要的基础原材料行业,同时也是高耗能、高碳排放行业。我国生物质资源丰富,生物质替代燃料应用于水泥行业有助于降低化石能源消耗和碳排放,是实现我国水泥工业碳中和的主要途径之一。系统梳理并分析了生物质替代燃料在水泥... 详细信息

水泥工业是重要的基础原材料行业,同时也是高耗能、高碳排放行业。我国生物质资源丰富,生物质替代燃料应用于水泥行业有助于降低化石能源消耗和碳排放,是实现我国水泥工业碳中和的主要途径之一。系统梳理并分析了生物质替代燃料在水泥行业的应用进展以及存在的相关问题,并给出了解决思路。较传统化石燃料,生物质燃料具有水分含量高、热值低、尺寸大等特点,应用于水泥生产时,可能造成燃料燃尽率降低、烟气量增大、热耗增加、熟料碱含量增加及波动增大等。国外建立了完善的固体回收燃料标准体系,为包括生物质在内的固体回收燃料规范化制备、规模化使用奠定了基础。全球水泥和混凝土协会发布数据显示,2020年全球水泥行业生物质燃料占比6.7%,其中,农业废物、有机废物、纺织废物占比最大,达32%;捷克、德国、波兰等国家生物质燃料占比超22%。与之相比,我国水泥行业使用生物质等替代燃料起步较晚,截至2021年使用替代燃料的水泥生产线占比不超过3%,热量替代率约为2%。从国内的应用情况来看,生物质替代燃料有助于降低单位熟料煤耗,仍存在与现有热工系统不适应、热量利用效率偏低、影响熟料产质量等问题。为降低生物质燃料直接投喂带来的负面影响,需对其进行预处理,对包括机械预处理和高温燃烧预处理在内的相关技术进行了介绍,对比分析各自的优缺点。最后分析生物质替代燃料应用于水泥行业存在的主要问题,并提出了针对性解决思路,包括强化中试研究,增强对实际生产的指导;完善相关标准,建立包括生物质在内的替代燃料产业链;利用水泥窑大量低温废气烘干生物质燃料,减少带入系统的水分;借助CFD模拟,优化生物质燃料喂入的相对位置;根据处置燃料种类,推广循环流化床等高温燃烧预处理技术;开发替代燃料智能控制系统,减少对于熟料产质量影响。水泥工业是我国碳减排的重要战场,生物质替代燃料必将在水泥行业展示出强大的生命力和广阔的应用前景,为我国双碳战略目标的实现做出重要贡献。

关键词：生物质替代燃料水泥窑炉低碳二氧化碳减排

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电化学作用对蒙脱石软岩颗粒物沉降与体积膨胀性影响的试验研究

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岩石力学与工程学报 2009年第9期28卷 1876-1883页

作者：王东康天合柴肇云韩文梅刘芝平太原理工大学采矿工艺研究所山西太原030024 中北大学理学院山西太原030052 太原理工大学化学工程与技术学院山西太原030024

研制一种电化学作用改变蒙脱石软岩颗粒物膨胀性的试验装置,在该装置上对蒸馏水、NaCl溶液和NaCl电解液浓度及电位梯度等对蒙脱石软岩颗粒物在其中的沉降与沉降稳定后的体积膨胀性的影响进行试验研究。试验结果表明:直流电场的作用可以... 详细信息

研制一种电化学作用改变蒙脱石软岩颗粒物膨胀性的试验装置,在该装置上对蒸馏水、NaCl溶液和NaCl电解液浓度及电位梯度等对蒙脱石软岩颗粒物在其中的沉降与沉降稳定后的体积膨胀性的影响进行试验研究。试验结果表明:直流电场的作用可以改变蒙脱石软岩颗粒物在蒸馏水电解液中的沉降速度,但不能改变其沉降稳定后的体积膨胀性。随NaCl溶液浓度的增大,软岩颗粒物在其中的沉降速度加快,并且沉降稳定后的岩样体积膨胀率随溶液浓度的增大呈负指数规律衰减。当岩样颗粒物在NaCl溶液中沉降稳定后,加电位梯度为0.5V/cm的电场,会使稳定后的岩样体积再次减小。在电场的持续作用下再次稳定后的岩样体积膨胀率仍随电解液浓度的增大呈负指数规律减小。电位梯度为0.5V/cm的电场能为加速黏土矿物颗粒物的沉降和抑制其沉降稳定后的体积膨胀性的电动现象提供足够的电势差。在电位梯度为0.5V/cm的电场作用后,再提高电位梯度,对改变岩样沉降稳定后的体积膨胀性没有明显影响。随着电解液浓度的增大,作用于岩样的电流强度增强,试验系统的温度升高。随着作用时间的延长,电解液浓度降低,电流强度呈负指数规律衰减,温度也随之降低。在直流电场作用过程中,电化学系统发生了电极和电解反应,蒙脱石软岩颗粒物的酸碱度发生了变化,在阳极区域的pH值降低,呈酸性;在阴极区域的pH值升高,呈碱性。

关键词：岩石力学蒙脱石软岩颗粒物沉降体积膨胀电解液浓度电位梯度

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激光重熔调控合金组织和性能研究进展

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特种铸造及有色合金 2019年第6期39卷 608-612页

作者：柴晓徽孙志平张矗长安大学材料科学与工程学院

激光重熔是一种以高能量激光束在合金表面连续扫描,从而使合金表层快速熔化、冷却的表面改性技术,它通过细化组织、减少偏析、形成过饱和固溶体等方式来提高材料表面耐磨性、抗腐蚀性能等。讨论了温度场对熔池形态演化的影响以及重熔层... 详细信息

激光重熔是一种以高能量激光束在合金表面连续扫描,从而使合金表层快速熔化、冷却的表面改性技术,它通过细化组织、减少偏析、形成过饱和固溶体等方式来提高材料表面耐磨性、抗腐蚀性能等。讨论了温度场对熔池形态演化的影响以及重熔层的微观组织凝固机理;叙述了激光重熔表面强化技术在改善合金耐磨性和耐腐蚀性方面的研究进展。最后对激光重熔表面改性技术的实际应用进行了展望。

关键词：激光重熔微观组织耐磨性耐腐蚀性能

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