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侧向轧制变胞机构的动力学仿真与优化设计

华中科技大学学报(自然科学版) 2024年第6期52卷 56-62页

作者：孙乐乐张海鸥华中科技大学机械科学与工程学院

为了解决电弧增材制造存在变形及微观组织形态和力学性能较差的问题,采用轧制使材料的力学性能得到极大改善．为了合理设计轧制机构，针对一种侧向轧制变胞机构进行动力学分析和优化设计，分别分析了杆件尺寸、主动件速度、弹簧刚度在... 详细信息

为了解决电弧增材制造存在变形及微观组织形态和力学性能较差的问题,采用轧制使材料的力学性能得到极大改善．为了合理设计轧制机构，针对一种侧向轧制变胞机构进行动力学分析和优化设计，分别分析了杆件尺寸、主动件速度、弹簧刚度在变胞机构运动过程中对变胞机构的影响．首先，分析了侧向轧制变胞机构的原理，得到了机构的基本结构；然后，选取合适的设计变量初始值与边界值，确定目标函数及约束条件；最后，在机械系统动力学自动分析(ADAMS)软件中建立机构的虚拟样机模型，在一定的侧向轧制力下，以主动件的驱动力最小为优化目标进行仿真求解，得到驱动力的最优解和相应设计变量的最优值．结果表明：最小驱动力较优化前减小了15.48%，主动件速度、杆件尺寸、弹簧刚度对变胞机构的影响程度是依次减弱的.

关键词：变胞机构电弧增材制造优化设计动态仿真机械系统动力学自动分析(ADAMS)

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基于拉胀结构的柔性应变传感器制备及应用

华中科技大学学报(自然科学版) 2024年第6期52卷 110-116页

作者：刘智勇甘浪廖广兰程荣沁华中科技大学机械科学与工程学院

为使柔性应变传感器兼具高灵敏度和优异稳定性，在聚二甲基硅氧烷(PDMS)基底背面引入具有负泊松比特性的拉胀结构，利用聚乙烯亚胺优异的黏附性和多壁碳纳米管的应变传感特性，采用层层自组装技术沉积聚乙烯亚胺-多壁碳纳米管敏感层，... 详细信息

为使柔性应变传感器兼具高灵敏度和优异稳定性，在聚二甲基硅氧烷(PDMS)基底背面引入具有负泊松比特性的拉胀结构，利用聚乙烯亚胺优异的黏附性和多壁碳纳米管的应变传感特性，采用层层自组装技术沉积聚乙烯亚胺-多壁碳纳米管敏感层，再制备电极并进行聚二甲基硅氧烷封装，得到基于拉胀结构的柔性应变传感器．传感器应变系数达499，为无结构应变传感器应变系数的13倍，响应速度快(响应时间为37 ms，弛豫时间为38ms)，稳定性好(超过1.5×10～4次循环)．该柔性应变传感器能够检测人体肢体动作和手腕脉搏等微小生理信号，成功应用于手掌与机械手的实时控制，充分展示出在肢体动作检测和人机交互领域的应用价值．

关键词：柔性应变传感器拉胀结构层层自组装技术人机交互

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人工多细胞体系研究进展

应用与环境生物学报 2024年第1期30卷 197-204页

作者：江懿枫程龙胡智泉华中科技大学环境科学与工程学院武汉430074

人工多细胞体系具有可实现代谢分工、复杂底物利用等功能,已成为合成生物学发展的研究热点.概述人工多细胞体系的优势,介绍现阶段人工多细胞体系构建的方式及设计原则,通过文献对目前人工多细胞体系应用于环境修复的实例进行归纳汇总,... 详细信息

人工多细胞体系具有可实现代谢分工、复杂底物利用等功能,已成为合成生物学发展的研究热点.概述人工多细胞体系的优势,介绍现阶段人工多细胞体系构建的方式及设计原则,通过文献对目前人工多细胞体系应用于环境修复的实例进行归纳汇总,最后借助CiteSpace直观地分析人工多细胞的研究主题及趋势.与单一微生物相比,人工多细胞体系具有劳动分工更优化、代谢负担更低、底物转化能力更高、鲁棒性强等特点.目前主流的人工多细胞体系构建方式为自上而下法或是自下而上法,其设计原则一般是基于底盘细胞选择、种群控制策略、数值模拟预测等等.通过文献计量分析,人工多细胞的研究主题包含微型自主运动的发展以及生物电子传输等领域,然而随着“代谢工程”“人工智能”等词汇的突现,未来人工多细胞体系的研究会更加关注多细胞体系的设计与构建、细胞代谢途径、细胞间信息传递及相互作用等方面.结合现状及热点,提出未来人工多细胞体系的研究应关注:(1)解析人工多细胞体系成员之间相互作用机制与代谢方式;(2)根据人工多细胞体系的结构、行为与功能逐步优化构建方式;(3)开发基于人工多细胞体系的环境生物修复策略.

关键词：人工多细胞构建方式设计原则生物修复研究主题研究趋势

基于逆全极点滤波器的高频PWM噪声整形方法

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电工技术学报 2024年第10期39卷 3129-3140页

作者：陈福祥刘凯胡傲奇张昊赵烁曾理湛华中科技大学机械科学与工程学院武汉430074

高频开关功率放大器具有高功率、低纹波、高响应的优点,是高加速、高精度定位系统的核心部件。为了解决高频PWM中开关频率与占空比分辨率的矛盾,该文分析调制中噪声整形的基本原理,采用误差反馈结构提取PWM量化噪声进行数字整形,阐述噪... 详细信息

高频开关功率放大器具有高功率、低纹波、高响应的优点,是高加速、高精度定位系统的核心部件。为了解决高频PWM中开关频率与占空比分辨率的矛盾,该文分析调制中噪声整形的基本原理,采用误差反馈结构提取PWM量化噪声进行数字整形,阐述噪声整形滤波器设计约束条件。提出通过逆全极点无限脉冲响应(IIR)滤波器获得有限脉冲响应(FIR)噪声整形滤波器的简明设计方法,仿真及实验表明,该文提出的方法可利用低阶FIR整形滤波器获得平坦的通带和高整形衰减。在不足9位的PWM中,4阶的FIR噪声整形滤波器能够恢复调制信号在10 kHz频段内约40 dB的信噪比损失。

关键词：开关功率放大器高频 PWM 噪声整形全极点滤波器信噪比

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伪目标迭代生成的机器人误差补偿算法

中国机械工程 2024年第1期35卷 136-143页

作者：叶伯生金雄程黎晗邵柏岩李晓昆李思澳华中科技大学机械科学与工程学院武汉430074

针对机器人误差模型建立后的误差补偿问题,提出一种改进的伪目标迭代算法。该算法用每次迭代中生成新的伪目标来修正关节角,从而不断减小机器人实际误差。完善了伪目标迭代算法流程,提出了5种新的不同的伪目标生成方法,分析了各种方法... 详细信息

针对机器人误差模型建立后的误差补偿问题,提出一种改进的伪目标迭代算法。该算法用每次迭代中生成新的伪目标来修正关节角,从而不断减小机器人实际误差。完善了伪目标迭代算法流程,提出了5种新的不同的伪目标生成方法,分析了各种方法的特点和适用场景。结合多种伪目标生成方法提出了一种集成算法,进一步提高误差补偿精度。使用HSR-JR612机器人进行仿真实验,仿真结果表明,算法耗时在毫秒级别,补偿效果好,集成算法能进一步提高位姿补偿效果。最后使用UR10机器人与激光跟踪仪进行实验,实验结果表明,补偿后机器人末端位置误差可以减小到0.06 mm以内,姿态误差可以减小到0.025°以内。

关键词：机器人误差补偿定位精度伪目标

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一种冗余机械臂逆运动学求解和优化方法

华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第5期52卷 123-129页

作者：李世其贺平韩可张智勇华中科技大学机械科学与工程学院湖北武汉430074

为解决冗余机械臂逆运动学求解困难的问题,提出一种基于关节角参数的逆运动学求解和优化方法.首先推导了正向运动学,并基于关节角参数化法得出了解析逆运动学;然后提出综合考虑避关节极限约束与运动连续性约束的目标函数,该目标函数充... 详细信息

为解决冗余机械臂逆运动学求解困难的问题,提出一种基于关节角参数的逆运动学求解和优化方法.首先推导了正向运动学,并基于关节角参数化法得出了解析逆运动学;然后提出综合考虑避关节极限约束与运动连续性约束的目标函数,该目标函数充分考虑了不同工作状态的差异性;最后引入带惯性权重的粒子群算法加快求解速度.实验结果表明:逆运动学求解平均时长为1.19μs,误差在10 nm以内,能够求出给定参数值的所有解,结合避关节极限和运动连续性的优化目标能够求出最优解,在直线与圆弧两种路径跟踪实验中比传统方法分别提高了68.4%和58.0%的优化效果.

关键词：冗余机械臂逆运动学优化解析解关节角参数化粒子群算法

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基于LC谐振的非侵入式眼压监测系统

华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第5期52卷 1-7页

作者：陈良洲李浩刘晓军华中科技大学机械科学与工程学院湖北武汉430074

为保证眼压(IOP)获取的实时性、准确性和易操作性,基于电感电容(LC)串联谐振原理,提出一种非侵入式的柔性LC眼压传感器,具有可穿戴性.传感器采用一种基于软光刻和热塑成型的微通道液态金属注入的制备方法,应变单元是由液态金属制成的电... 详细信息

为保证眼压(IOP)获取的实时性、准确性和易操作性,基于电感电容(LC)串联谐振原理,提出一种非侵入式的柔性LC眼压传感器,具有可穿戴性.传感器采用一种基于软光刻和热塑成型的微通道液态金属注入的制备方法,应变单元是由液态金属制成的电感线圈,极大提高了传感器灵敏度和佩戴舒适度.同时设计了一种专用于该眼压传感器的信号采集装置,包括扫频信号发生电路、幅值相位检测电路、单片机控制单元和读取线圈.通过读取线圈与眼压传感器的耦合,采用幅值相位检测电路得到耦合之后的等效阻抗实部最大值,从而得到传感器的谐振频率.实验测试结果表明:非侵入式眼压监测系统在眼压监测方面达到了467.3 Hz/Pa的灵敏度,且得到系统的眼压测量精度为±0.2 kPa,满足测量要求.

关键词：眼压测量信号采集 LC谐振幅相检测洛伦兹函数拟合

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声共振混合器高黏度流体混合的功耗特性研究

化工学报 2024年第2期75卷 531-542页

作者：詹小斌王会彬蒋亚龙史铁林华中科技大学机械科学与工程学院湖北武汉430074

声共振混合利用机械共振产生高加速度振动,从而促进流体流动,其功耗特性对于其设计及应用具有重要作用。为研究声共振混合器的功耗特性,基于CFD建立了声共振混合过程仿真模型,分析了高黏度流体声共振混合过程壁面对物料的作用力和做功功... 详细信息

声共振混合利用机械共振产生高加速度振动,从而促进流体流动,其功耗特性对于其设计及应用具有重要作用。为研究声共振混合器的功耗特性,基于CFD建立了声共振混合过程仿真模型,分析了高黏度流体声共振混合过程壁面对物料的作用力和做功功率,探究了黏度和振动参数改变对混合器功耗特性的影响,并建立了声共振混合器混合功率的预测函数。研究结果表明,在混合过程中,壁面对液相做功的瞬时功率呈现先减少后稳定波动的趋势,而有效功率呈现先增加后稳定波动的趋势,这种不同的变化趋势是由于两者的相位差发生变化所导致的。增加振幅、频率或等加速度下低频大振幅都能够增加瞬时功率和有效功率,并减少液相进入稳定流动阶段所需吸收的外界能量。

关键词：声共振混合器高黏度流体气液两相流混合功耗特性计算流体力学

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基于速度控制的机器人轨迹摩擦补偿控制算法

华南理工大学学报（自然科学版） 2024年第4期52卷 51-58页

作者：叶伯生李思澳谭帅李晓昆金雄程邵柏岩华中科技大学机械科学与工程学院湖北武汉430074

目前机器人已在工业生产制造中得到广泛的应用,但由于机器人系统中关节摩擦等因素的影响,机器人的轨迹跟踪精度难以满足高精度生产的需求。为减少机械结构中非线性摩擦因素和系统中未建模干扰等因素对机器人运行稳定性和加工精度的影响... 详细信息

目前机器人已在工业生产制造中得到广泛的应用,但由于机器人系统中关节摩擦等因素的影响,机器人的轨迹跟踪精度难以满足高精度生产的需求。为减少机械结构中非线性摩擦因素和系统中未建模干扰等因素对机器人运行稳定性和加工精度的影响,文中提出了一种速度模式下的摩擦补偿控制算法。首先,基于傅里叶级数和5次多项式混合的方式设计最优激励轨迹,通过最小二乘法完成动力学参数的预辨识,并利用Levenberg-Marquardt法对预辨识结果进行迭代寻优,从而建立更为精确的机器人动力学模型;然后,基于李雅普诺夫方法设计机器人轨迹跟踪控制算法,将最速离散跟踪微分器中采集的关节角度输入所设计的轨迹跟踪控制算法中,得到实时的关节速度补偿值,将补偿值实时输入机器人中实现摩擦补偿控制;最后,以六自由度串联机器人为实验对象,对所设计的摩擦补偿控制算法进行实验验证。结果表明,相对于摩擦补偿前,机器人的末端轨迹跟踪精度提升约35%,从而验证了文中所提算法在机器人摩擦补偿领域的有效性。

关键词：摩擦补偿参数辨识轨迹跟踪微分器