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构筑晶格匹配牺牲层:制备高质量自支撑薄膜材料的有效途径

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科学通报 2024年第13期69卷 1666-1668页

作者：刘毅姜忠义大连理工大学化工学院大连116024 天津大学化工学院天津300354

自支撑型薄膜材料因其脱离衬底束缚而展现出物化性质均一、便于成型组装、避免界面缺陷等优异特性,在柔性电子器件、智能传感系统、能量储存转换、化学分离等领域表现出巨大应用潜力.目前已开发出的自支撑型薄膜的制备方法包括化学刻蚀... 详细信息

自支撑型薄膜材料因其脱离衬底束缚而展现出物化性质均一、便于成型组装、避免界面缺陷等优异特性,在柔性电子器件、智能传感系统、能量储存转换、化学分离等领域表现出巨大应用潜力.目前已开发出的自支撑型薄膜的制备方法包括化学刻蚀、物理/机械剥离、界面合成、原位转化等.

关键词：智能传感系统能量储存化学分离柔性电子器件化学刻蚀晶格匹配界面缺陷牺牲层

基于ROS的机器人自主导航与视觉识别抓取研究

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基于ROS的机器人自主导航与视觉识别抓取研究

作者：黄文杰东莞理工学院

学位级别：硕士

移动抓取机器人,凭借其移动性和可操作性,在智能制造、智慧农业和现代物流等领域发挥了重要作用。其中,自主导航、机械臂控制、视觉识别等技术一直是该领域的研究重点和难点。长期以来,存在路径规划中效率与精度无法兼得、图像自适应阈... 详细信息

移动抓取机器人,凭借其移动性和可操作性,在智能制造、智慧农业和现代物流等领域发挥了重要作用。其中,自主导航、机械臂控制、视觉识别等技术一直是该领域的研究重点和难点。长期以来,存在路径规划中效率与精度无法兼得、图像自适应阈值分割稳定性不足等问题。为此,本文在自主导航中提出可提高路径规划效率的自适应角度搜索模式;在图像分割中提出可保持分割结果稳定的改进最大类间方差法(简称OTSU法)。主要研究内容如下:研究里程计信息对建图与定位的影响。推导了机器人Gmapping建图与自适应蒙特卡洛定位(Adaptive Monte Carlo Localization,AMCL)定位原理,研究了里程计信息对定位的影响。扩展卡尔曼滤波器(Extended Kalman Filter,EKF)在噪声情况下,通过不断迭代预测与更新轮式编码器里程与惯导(Inertial Measurement Unit,IMU)数据,提供较为准确的里程计值。实验结果表明:将进行EKF融合后的数据作为里程计信息,相较直接使用轮式编码器作为里程计信息,可有效提升里程计信息的稳定性与准确性。基于A star算法开展计算时效性最优全局路径分析。推导了路径规划原理,研究搜索模式对全局路径规划算法计算量与规划效果的影响。针对全向搜索模式的搜索范围冗余、计算量大的问题,创新地提出自适应角度搜索模式,通过舍弃对低概率邻域的搜索,仅保留特定情况的全向搜索能力,以此来降低搜索过程中的计算量。仿真与实验结果表明:以A star算法为例,相较于全向搜索模式,自适应角度搜索模式在保持全局路径效果的同时,可降低搜索过程中约20%的计算量,明显提升了路径规划的计算效率。开展视觉识别与抓取研究。一方面在“手眼标定”基础上,通过蒙特卡洛法计算机械臂的工作空间,并将其转换至像素坐标系作为兴趣域(Region of Interest,ROI),以确保抓取系统的准确性。另一方面设计了融合颜色特征、K-means算法和改进OTSU算法的视觉识别与定位的算法。其中,在视觉识别与定位算法中为克服OTSU算法空间性不足而导致分割阈值不稳定的缺点,通过灰度直方图变换的方式,使目标物在光照变化下图像的类间差异保持一致,以保持分割结果的稳定。仿真与实验结果表明:融合算法不仅计算效率提升了约30%,且能在光照变化的环境下保持分割结果的稳定性。设计与验证了机器人决策框架与控制框架,在室内走廊开展了抓取机器人自主导航和视觉识别抓取实验,实验结果表明,机器人自主导航和机械臂执行的成功率均超过90%,在光照变化的情况下目标物识别成功率约为95%。展现出高效性与灵敏性,从而验证了决策框架与控制框架在实际应用中的有效性。

关键词：移动抓取机器人 ROS SLAM 路径规划图像处理

基于铝基含能配合物及CL-20含能微芯片的制备及表征

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火炸药学报 2024年第5期47卷 438-444,I0004页

作者：孟珂娟马小霞李宇翔张开黎香港城市大学工学院机械工程系中国香港999077 北京理工大学机电学院北京100081

为提高含能微芯片的能量特性和燃烧特性,推进其在微推进器、微驱动器、微毁伤器等装置中的应用,通过在铜箔上原位生长含能配位聚合物(ECP)、电子束沉积n-Al及重结晶CL-20的方法制备了ECP@Al@CL-20的含能阵列,采用SEM、XRD、TG/DSC及高... 详细信息

为提高含能微芯片的能量特性和燃烧特性,推进其在微推进器、微驱动器、微毁伤器等装置中的应用,通过在铜箔上原位生长含能配位聚合物(ECP)、电子束沉积n-Al及重结晶CL-20的方法制备了ECP@Al@CL-20的含能阵列,采用SEM、XRD、TG/DSC及高速摄影等表征方法对其微观形貌、物相组成、热分解特性、燃烧性能及贮存寿命进行了测试与分析。在此基础上,将其与微机电系统(MEMS)集成制得了功能性的ECP@Al@CL-20含能微芯片,并对含能微芯片进行了电容点火测试。结果表明,由于ECP的导热系数低,使ECP@Al@CL-20含能阵列从外到内的传热效率降低,导致放热峰温相比纯CL-20提高了8.5℃,从而提高了ECP@Al@CL-20的热稳定性;ECP@Al@CL-20含能阵列具有优异的燃烧性能,自持燃烧时间(340 ms)远大于ECP@Al的自持燃烧时间(120 ms),含能微芯片可在15 mJ的输入能量下激发。

关键词：含能配位聚合物微机电系统纳米铝 CL-20 微加热器含能微芯片 ECP MEMS

基于RBFNN的智能车辆转向系统的预设性能控制

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辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2024年第1期43卷 85-92页

作者：黄艳玲李红娟辽宁交通高等专科学校汽车系辽宁沈阳110819 宁夏理工学院机械工程学院宁夏石嘴山753000

针对存在模型非线性和参数不确定性的智能车辆转向系统的预设性能跟踪控制问题,采用径向基函数神经网络对转向系统中的不确定非线性进行在线逼近,结合障碍Lyapunov函数技术为智能车辆的线控转向系统设计预设性能控制器。在控制器设计中... 详细信息

针对存在模型非线性和参数不确定性的智能车辆转向系统的预设性能跟踪控制问题,采用径向基函数神经网络对转向系统中的不确定非线性进行在线逼近,结合障碍Lyapunov函数技术为智能车辆的线控转向系统设计预设性能控制器。在控制器设计中,采用动态增益技术补偿控制增益未知对系统控制性能的影响。利用Lyapunov方法分析系统的稳定性,证明在控制器作用下,前轮转角的跟踪误差在预设的时间内收敛至原点预设的邻域;通过数值仿真和整车实验验证了控制方法的合理性。

关键词：转向系统不确定非线性未知控制增益径向基函数神经网络预设性能控制

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基于无线场域网的配电信息物理系统鲁棒协同恢复调度

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电力系统自动化 2024年

作者：王崇宇庞凯元滕飞文福拴徐云建浙江大学电气工程学院香港中文大学机械与自动化工程系伦敦帝国理工学院电气与电子工程系

极端灾害下配电物理系统和通信系统都可能遭受损坏。因此，灾后高效的信息物理协同恢复调度是一个值得研究的问题。在此背景下，提出一种基于无线场域网通信技术的配电信息物理系统鲁棒协同恢复调度框架与数学模型。首先，对利用无线场... 详细信息

极端灾害下配电物理系统和通信系统都可能遭受损坏。因此，灾后高效的信息物理协同恢复调度是一个值得研究的问题。在此背景下，提出一种基于无线场域网通信技术的配电信息物理系统鲁棒协同恢复调度框架与数学模型。首先，对利用无线场域网通信技术构建灾后应急通信网络的途径进行分析，并揭示恢复调度过程中的信息-物理相依耦合机理。然后，分别建立无线通信路由分析模型、主动配电系统运行模型、考虑维修时长不确定性的维修班组调度模型和考虑无线路由器应急供电时长不确定性的信息-物理相依耦合模型，并提出计及信息-物理双侧不确定性的主动配电信息物理系统鲁棒协同恢复调度框架。接着，建立基于两阶段鲁棒规划的维修-恢复调度模型，并采用列和约束生成算法进行求解。最后，采用修改的IEEE 123节点系统对所提方法的可行性和有效性进行验证。算例结果表明，所提方法可以容纳物理侧维修时长和信息侧无线路由器不间断供电时长的双重不确定性，实现配电信息物理系统的高效协同恢复。

关键词：配电信息物理系统无线通信场域网灾后维修系统恢复网络重构分布式电源

大型炉排炉清洁高效燃烧的问题剖析与实炉优化

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动力工程学报 2024年第5期44卷 681-691页

作者：张睿智汪林正赵善辉邓睿渠罗永浩上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 麻省理工学院机械工程系马萨诸塞州剑桥市02139 南京工程学院能源与动力工程学院南京211167

大型炉排炉被广泛应用于生物质及生活垃圾的能源化转化,但由于其设计和运行仍处于工程经验探索阶段,实际运行过程中,存在过量空气系数大、气固相燃尽差、NO_(x)原始排放高等问题。针对炉排炉复杂的层燃反应过程,构建了大颗粒转化模型和... 详细信息

大型炉排炉被广泛应用于生物质及生活垃圾的能源化转化,但由于其设计和运行仍处于工程经验探索阶段,实际运行过程中,存在过量空气系数大、气固相燃尽差、NO_(x)原始排放高等问题。针对炉排炉复杂的层燃反应过程,构建了大颗粒转化模型和多成分并行颗粒层燃模型,实现对炉排炉燃烧过程的精细化数值模拟。并通过与实验结果进行对比,验证模型的精度。利用数值模拟方法,分别针对生活垃圾和农业秸秆的大型炉排炉进行了实炉分析与优化,并根据表面着火和底部着火2种层燃模式,进行了现场运行调整。结果表明:某中拱型垃圾焚烧炉的炉膛局部高温和NO_(x)排放较高的问题,源自于前后侧烟道的组分分布、燃烧和还原反应与设计预期的偏离,运行优化后消除了实炉的局部高温,NO_(x)排放亦显著下降,所提出的结构改进方案可使NO_(x)原始排放降低至26.8 mg/m^(3);某秸秆振动炉排发电锅炉的床层和气相燃烧效率低的问题,源自于大一次风的对流冷却作用和炉膛内的“烟囱流”现象,运行优化后实炉CO排放大幅减少,发电负荷显著上升。

关键词：生物质大型炉排炉清洁燃烧 NOx 数值模拟

基于快速平稳幂次趋近律AGV滑模轨迹跟踪控制研究

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科学技术与工程 2024年第8期24卷 3276-3283页

作者：龙琴袁森李魏魏贵州大学机械工程学院贵阳550025 贵州理工学院机械工程学院贵阳550003

针对应用于地下车库的自动导引车(automated guided vehicle,AGV)轮式泊车机器人轨迹跟踪过程中的位置偏差和姿态偏差问题,提出了一种快速平稳幂次趋近律的滑模轨迹跟踪控制方法。首先,在泊车机器人坐标系下建立运动学模型,通过全局坐... 详细信息

针对应用于地下车库的自动导引车(automated guided vehicle,AGV)轮式泊车机器人轨迹跟踪过程中的位置偏差和姿态偏差问题,提出了一种快速平稳幂次趋近律的滑模轨迹跟踪控制方法。首先,在泊车机器人坐标系下建立运动学模型,通过全局坐标系与机器人坐标系之间的转换关系,得到泊车机器人在全局坐标系下的运动学模型;然后采用Lyapunov直接法设计滑模切换函数,采取快速平稳幂次趋近律的方法使泊车AGV从偏差状态快速到达滑模切换面,使AGV泊车机器人快速平稳地跟踪给定参考轨迹。最后,通过MATLAB进行仿真试验,仿真结果验证了所提方法的可行性与有效性。

关键词：自动导引车(AGV) Lyapunov直接法滑模切换面轨迹跟踪幂次趋近律

变截面压电悬臂梁能量采集器在高斯白噪声激励下的稳态统计特性研究

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振动工程学报 2024年第5期37卷 864-874页

作者：周坤涛杨涛葛根郝淑英冯晶晶张琪昌天津工业大学机械工程学院天津300387 天津理工大学工程训练中心天津300384 天津理工大学机械工程学院天津300384 天津大学机械工程学院天津300072

环境振动是一种非周期、随机的宽频激励,研究振动能量采集器在环境振动下的能量采集特性具有重要意义。本文采用改进随机平均法,求解了变截面压电梁在高斯白噪声激励下的等效振幅、位移、速度的稳态概率密度函数,位移与速度的联合概率... 详细信息

环境振动是一种非周期、随机的宽频激励,研究振动能量采集器在环境振动下的能量采集特性具有重要意义。本文采用改进随机平均法,求解了变截面压电梁在高斯白噪声激励下的等效振幅、位移、速度的稳态概率密度函数,位移与速度的联合概率密度函数以及稳态均方输出电压,随后研究了变截面压电梁的能量采集效能。结果表明:负载电阻一定时,截面系数β>0时的变截面压电梁相比β=0时的等截面压电梁有更好的稳态均方输出电压;截面系数β>0时,随着电阻电容乘积的倒数的增加,变截面压电梁的均方电压均呈现逐渐减小的趋势,当电阻电容乘积的倒数值一定时,β值越大,均方电压也越高;随着噪声强度的增加,变截面压电梁的均方电压均呈现逐渐增大的趋势,当噪声强度一定时,β值越大,均方电压也越高。本文研究结果可为变截面压电悬臂梁能量采集系统的设计及应用提供理论依据。

关键词：能量采集器变截面压电悬臂梁高斯白噪声激励稳态概率密度均方电压

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具有能量采集的锥形转子叶片式管道流量计

现代制造工程 2024年第5期 153-160页

作者：孔佐君杨金锋黔南民族职业技术学院汽车工程系都匀558000 贵州理工学院机械工程学院贵阳550003

针对基于工业物联网的管道流量实时监测存在供电困难的问题,提出了一种具有能量采集和无线通信能力的锥形转子叶片式管道流量计。首先,所提流量计的关键部件为一个四叶片转子,通过外围嵌入永磁体的转子旋转,将水流势能转换为电能,并给... 详细信息

针对基于工业物联网的管道流量实时监测存在供电困难的问题,提出了一种具有能量采集和无线通信能力的锥形转子叶片式管道流量计。首先,所提流量计的关键部件为一个四叶片转子,通过外围嵌入永磁体的转子旋转,将水流势能转换为电能,并给出了工作原理分析和发电效率计算方法;然后,为了进一步提高发电性能,在转子前端安装一个锥体(锥形转子),以产生高速水流并导向附近的叶片,并通过流体模拟分析了锥体的影响。其次,设计了对应的物联网控制单元,利用转子旋转产生的电能来检测转子的转速,并与互联网服务器进行无线通信。最后,通过实验对该流量计发电性能和测量精度进行了评估。研究结果表明,装有锥体的转子叶片前后的压力差明显大于没有锥体的转子。随着锥体直径的增大,转子产生的功率和压力差都会增大,且最高发电效率为0.074。通过测量的转速可获得流量,且满量程精度为1.2%。当流量大于0.6×10-3 m 3/s时,流量计的输出功率大于10 mW,足以实现长期的无线流量监测。

关键词：工业物联网叶片式管道流量计能量采集锥形转子发电效率