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可变重心线路巡检机器人摆振分析及抑制

振动与冲击 2024年第2期43卷 323-333页

作者：樊星李小彭彭健文刘炳斐东北大学机械工程与自动化学院沈阳110819

针对野外输电线巡检机器人(power transmission line inspection robot,PTLIR)受自然风影响出现的机身摆动问题,提出一种在机器人的可变重心箱体中加装摆式动力吸振器(dynamic vibration absorber,DVA)的摆振抑制策略。描述了输电线系... 详细信息

针对野外输电线巡检机器人(power transmission line inspection robot,PTLIR)受自然风影响出现的机身摆动问题,提出一种在机器人的可变重心箱体中加装摆式动力吸振器(dynamic vibration absorber,DVA)的摆振抑制策略。描述了输电线系统与巡检机器人加装摆式动力吸振器的结构特点。基于Davenport风速谱与输电线系统的特点建立了风扰动模型。分析了机器人行走对输电线的影响,建立了简化后风扰动影响下机器人摆动的动力学模型,仿真了抑振前机器人在风扰动影响下的风振响应;基于拉格朗日方程建立了加装动力吸振器优化后的巡检机器人动力学模型,并完成了吸振器的参数设计。通过仿真不同风速下机器人的风振响应,验证所提出的振动抑制策略的有效性。基于改进结构下的巡检机器人样机,开展了室内风扰动试验。结果表明,所提出的吸振器抑振策略可在一定程度上抑制机器人的机身摆动,提高工作稳定性。该研究过程对其他摆式结构设备的振动抑制具有一定的参考价值。

关键词：可变重心输电线巡检机器人(PTLIR) 动力吸振器(DVA) 风扰动振动控制

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横向载荷与预紧力对螺栓断裂寿命的影响

东北大学学报（自然科学版） 2024年第1期45卷 68-75页

作者：苗兴琳黄贤振丁鹏飞郑智群东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819

螺栓连接依靠自身简单可靠的特点被广泛应用于各个行业,然而螺栓的疲劳断裂却是一个非常突出的问题.因此,为准确预测螺栓断裂失效寿命,进行了螺栓材料的疲劳裂纹扩展实验,求得了螺栓材料的断裂参数,从而建立了Paris裂纹扩展模型.然后运... 详细信息

螺栓连接依靠自身简单可靠的特点被广泛应用于各个行业,然而螺栓的疲劳断裂却是一个非常突出的问题.因此,为准确预测螺栓断裂失效寿命,进行了螺栓材料的疲劳裂纹扩展实验,求得了螺栓材料的断裂参数,从而建立了Paris裂纹扩展模型.然后运用有限元方法与疲劳裂纹扩展实验进行对标,并取得较好的效果,为螺栓断裂失效寿命的计算奠定了基础.最后,考虑到螺栓预紧力与横向载荷对螺栓断裂的影响,建立了带裂纹的螺栓有限元模型,并采用有限元方法进行螺栓失效寿命计算的定量分析.结果表明:横向载荷与螺栓预紧力对应力强度因子和螺栓使用寿命具有较大的影响.

关键词：螺栓断裂失效寿命有限元计算横向载荷定量分析

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纵-扭复合振动辅助岩石钻削机理及效率

东北大学学报（自然科学版） 2024年第4期45卷 555-563页

作者：高大湧林建勇田雅婷姚红良东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819

针对单一纵向或扭转振动辅助岩石钻削的局限性,提出纵-扭复合振动辅助岩石钻削方案.首先对该方案的理论模型进行分析;然后基于EDEM(event driven execution manager)软件的离散元法(discrete element method, DEM)对不同情况下岩石的钻... 详细信息

针对单一纵向或扭转振动辅助岩石钻削的局限性,提出纵-扭复合振动辅助岩石钻削方案.首先对该方案的理论模型进行分析;然后基于EDEM(event driven execution manager)软件的离散元法(discrete element method, DEM)对不同情况下岩石的钻进机理和效果进行模拟,结果表明添加纵-扭复合振动辅助相对于无振动、纵向振动和扭转振动方案,钻头受到的最大合力分别减小了36.45%,9.34%和32.84%,钻进速度分别提高了26.02%,4.27%和16.13%;最后对所提方案的钻进效果进行试验验证,得到添加纵-扭复合振动辅助后的钻头支架应变相对于只添加扭转振动辅助时减小了35.48%,钻进速度提高了31.25%.研究表明纵-扭复合振动辅助方法可以提高岩石钻削效率.

关键词：岩石钻削振动辅助复合振动离散元法钻削效率

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基于元学习的带钢表面缺陷小样本语义分割

东北大学学报（自然科学版） 2024年第3期45卷 354-360页

作者：冯虎宋克臣崔文琦颜云辉东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819

由于缺少带钢表面缺陷样本,使得深度神经网络在带钢表面缺陷检测的应用受到了限制,为解决这一实际问题,提出了一种基于元学习思想的小样本语义分割深度学习方法.该方法引入了多尺度解码器和注意力机制.多尺度解码器能够聚合不同尺度的... 详细信息

由于缺少带钢表面缺陷样本,使得深度神经网络在带钢表面缺陷检测的应用受到了限制,为解决这一实际问题,提出了一种基于元学习思想的小样本语义分割深度学习方法.该方法引入了多尺度解码器和注意力机制.多尺度解码器能够聚合不同尺度的缺陷特征信息,提高网络的分割精度.注意力机制能够有效增强缺陷信息表达,并且抑制背景信息的干扰.此外,构建了一个带钢表面缺陷语义分割数据集,该数据集包含9类带钢表面缺陷.在该数据集上进行了相关实验,结果表明本文方法在平均交并比和前景-背景交并比指标上优于PFENet,SCLNet和HSNet等方法.

关键词：带钢表面缺陷检测元学习小样本语义分割注意力机制多尺度解码器

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基于模糊增益滑模四旋翼无人机自适应容错控制

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东北大学学报（自然科学版） 2024年第2期45卷 209-216页

作者：任朝晖刘玉麟姜泽宇陈翔宇东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819

针对四旋翼无人机执行器故障下的轨迹跟踪问题,提出一种基于模糊增益滑模的自适应容错控制方法.首先,针对直接控制通道利用自适应机构在线估计执行器故障并加以补偿,采用基于模糊增益的滑模控制器设计可调控制器以满足鲁棒性要求.针对... 详细信息

针对四旋翼无人机执行器故障下的轨迹跟踪问题,提出一种基于模糊增益滑模的自适应容错控制方法.首先,针对直接控制通道利用自适应机构在线估计执行器故障并加以补偿,采用基于模糊增益的滑模控制器设计可调控制器以满足鲁棒性要求.针对间接驱动通道设计基于模糊增益的滑模控制器,从而实现无人机全通道的容错控制设计,该方法具有良好的容错能力的同时,能很好地抑制系统颤振,获得平滑的控制信号.最后,对四旋翼无人机在不同控制器下的轨迹追踪性能进行了对比仿真,结果表明,系统在故障以及扰动下具有良好的飞行性能.

关键词：四旋翼无人机执行器故障模糊控制自适应控制容错控制

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完全预测下肢步行运动想象意图的可行性研究

东北大学学报（自然科学版） 2024年第5期45卷 609-618页

作者：周斌王宏李坦兰钦东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819

在下肢运动想象发生之前获取想象意图是为下肢神经康复系统提供精准控制策略的关键.为此,研究利用运动想象前的脑电图(electroencephalogram,EEG)信号完全预测下肢步行运动启停想象意图及其类型的可行性.对EEG信号进行预处理并提取运动... 详细信息

在下肢运动想象发生之前获取想象意图是为下肢神经康复系统提供精准控制策略的关键.为此,研究利用运动想象前的脑电图(electroencephalogram,EEG)信号完全预测下肢步行运动启停想象意图及其类型的可行性.对EEG信号进行预处理并提取运动相关皮质电位(movement-related cortical potential,MRCP).基于MRCP挑选出具有明显可辨别性的15个通道.利用时间卷积网络模型从被选取的MRCP通道特征中解码出下肢步行运动想象意图和意图类型.结果表明,通过MRCP形态选取的EEG通道信号在启停意图和类别上均具有明显可分离差异,验证了只使用运动想象前EEG信号能够完全预测人类下肢运动启停意图和意图类型.

关键词：脑电图运动相关皮质电位时间卷积网络下肢步行运动想象意图完全预测

铁质壁面检测用振动驱动爬壁机器人的设计与实验

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东北大学学报（自然科学版） 2024年第5期45卷 690-696,720页

作者：李建磊唐陈伟彭禧姚红良东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819

研究并测试了一种能够在水平至竖直壁面上移动的振动驱动爬壁机器人样机,可开发用于铁质壁面结构视检等高危工作.设计了一种具有非对称刚度的弹性底板,以转子振动电机-弹簧作为致动器,基于库仑干摩擦模型,建立了振动驱动爬壁机器人的动... 详细信息

研究并测试了一种能够在水平至竖直壁面上移动的振动驱动爬壁机器人样机,可开发用于铁质壁面结构视检等高危工作.设计了一种具有非对称刚度的弹性底板,以转子振动电机-弹簧作为致动器,基于库仑干摩擦模型,建立了振动驱动爬壁机器人的动力学模型.通过数值仿真研究了机器人的爬壁运动特性,分析了致动器激振频率、壁面倾角和永磁铁吸引力对机器人平均速度的影响规律.对振动驱动爬壁机器人样机进行了壁面运动实验验证.结果表明,通过合理配置永磁铁吸引力和致动器激振频率能够有效提高该机器人的平均速度,并在30°壁面和90°壁面上分别实现了10.6 mm/s和16.7 mm/s的平均爬壁速度,通过调控激振频率可实现前进与后退运动的切换.

关键词：振动驱动机器人样机致动器爬壁检测

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考虑时延的异质协作车队事件触发控制研究

东北大学学报（自然科学版） 2024年第4期45卷 540-547页

作者：唐传茵夏冀沣章明理吴龙杰东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819

针对目前研究较少考虑车辆混行造成的异质问题与时延问题,本文提出了一种具有时延的异质协作式自动驾驶车队事件触发控制方法 .首先,建立了考虑混行的异质车辆时延模型;其次,基于PID(proportional-integral-derivative)控制与模型预测控... 详细信息

针对目前研究较少考虑车辆混行造成的异质问题与时延问题,本文提出了一种具有时延的异质协作式自动驾驶车队事件触发控制方法 .首先,建立了考虑混行的异质车辆时延模型;其次,基于PID(proportional-integral-derivative)控制与模型预测控制(MPC),设计了不同模式下的事件触发控制器;然后,在城市和紧急情况下,对所提出的控制器进行了仿真分析;最后,基于Jetson Nano模型车进行了实车实验.仿真与实验结果表明,所提出的事件触发控制方法能够在不同情况下更好地权衡控制精度与计算速度间的矛盾.在带有通信时延的紧急情况下,仍能够保持较低的误差.

关键词：自动驾驶异质协作事件触发时延车队

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正交面齿轮传动的两类界线

哈尔滨工程大学学报 2024年第4期45卷 764-770页

作者：赵亚平娄海青东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110004

为了建立系统的正交面齿轮传动啮合界线与曲率干涉界线理论,本文通过求解非线方程组获得了两类界线的数值解。证明了啮合界线在小轮齿面上是渐开线;其共轭线也是渐开线。发现干涉界线一般有2条,近齿面干涉界线存在于面齿轮内端附近,大... 详细信息

为了建立系统的正交面齿轮传动啮合界线与曲率干涉界线理论,本文通过求解非线方程组获得了两类界线的数值解。证明了啮合界线在小轮齿面上是渐开线;其共轭线也是渐开线。发现干涉界线一般有2条,近齿面干涉界线存在于面齿轮内端附近,大致沿齿高走向。近齿面干涉界点存在平凡解,是干涉界线和啮合界线共轭线的交点,位于传动副瞬时相对转动轴上。基于近齿面干涉界线,建立了面齿轮无根切内径公式,通过数值迭代可以获得内径准确值;还导出了无根切内径估算公式,便于设计中应用。

关键词：面齿轮曲率干涉啮合界线渐开线直齿轮根切非线性内径

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