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(2-UPU+SPR)+(2-UPU+RPS)非对称混联机构末端约束及自由度分析

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机械工程学报 2024年

作者：牟德君陈先岭常雪龙胡波燕山大学机械工程学院燕山大学河北省并联机器人与机电系统实验室

以往混联机构的研究未对其少自由度特性进行深度解析，针对其末端约束和自由度形态的认知尚存在不足。研究一种新型(2-UPU+SPR)+(2-UPU+RPS)机构的末端约束和自由度的求解问题，通过建立两个约束螺旋3系交集求解的解析模型求解该混联机... 详细信息

以往混联机构的研究未对其少自由度特性进行深度解析，针对其末端约束和自由度形态的认知尚存在不足。研究一种新型(2-UPU+SPR)+(2-UPU+RPS)机构的末端约束和自由度的求解问题，通过建立两个约束螺旋3系交集求解的解析模型求解该混联机构的末端约束。对该机构自由度组成原理进行了分析，将其末端约束求解问题转化为子机构末端约束螺旋系的交集求解问题。结合该混联机构子机构末端约束分布特点，对混联机构在不同几何条件下的末端约束和自由度性质进行了探讨。建立了2-UPU+SPR机构和2-UPU+RPS机构末端约束分布曲面和直母线的解析表达式，得到了一般和特殊位形下混联机构末端约束对应的螺旋轴线方程。给出了(2-UPU+SPR)+(2-UPU+RPS)机构的末端约束求解算例，获得了该机构在一般和特殊位形下的末端约束的空间分布情况。研究结果表明，一般位形下，(2-UPU+SPR)+(2-UPU+RPS)机构的末端约束为一个约束力螺旋；特殊位形下，机构的末端平台约束为一个纯约束力或一个约束力偶。该研究对混联机构的末端约束求解提供了借鉴，为混联机构深层次研究奠定一定基础，同时也提供了求解螺旋系交集的新思路。

关键词：混联机构末端约束螺旋系交集直母线

轨下压电叠堆俘能器安装对车轨系统动力性能的影响

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振动与冲击 2024年第12期43卷 248-259页

作者：杜承运王建军金浩汤丽华北京科技大学应用力学系北京100083 东南大学交通学院南京211189 奥克兰大学机械与机械电子工程系新西兰奥克兰1010

压电俘能技术已经在轨道交通领域受到广泛关注,但目前主要侧重于压电俘能器的结构设计。俘能器的安装会在轨道结构中附加新的装置,可能会对车轨系统动力性能产生一定影响,甚至会威胁行车安全。然而,俘能器的安装对车轨系统动力性能的影... 详细信息

压电俘能技术已经在轨道交通领域受到广泛关注,但目前主要侧重于压电俘能器的结构设计。俘能器的安装会在轨道结构中附加新的装置,可能会对车轨系统动力性能产生一定影响,甚至会威胁行车安全。然而,俘能器的安装对车轨系统动力性能的影响鲜有报道。以轨下压电叠堆俘能器为研究对象,建立了车辆-轨道-俘能器耦合系统的动力分析模型,构建了安装单个或多个俘能器下钢轨和道床的垂向振动方程,采用MATLAB软件编写了新型预测-校正积分法程序,给出了理论解答。通过与已有文献的结果对比,验证了程序的正确性。进一步,探究了采用单个和多个安装方式时俘能器的等效刚度对车轨系统动力性能(钢轨位移、钢轨加速度、扣件力和车体加速度)的影响,并评估了等效刚度与列车舒适度的关系。结果表明:当俘能器等效刚度在0~60×10^(6)N/m变化时,随着俘能器等效刚度的增加,两种安装方式的最大钢轨位移减小,钢轨加速度减少,车体加速度几乎保持不变,扣件力减小,列车行驶的舒适度呈现微小变化;当俘能器的等效刚度在0~2×10^(6)N/m选取时,俘能器的安装对车轨系统动力性能影响很小。研究成果为轨下压电叠堆俘能器的设计与安装提供了理论指导。

关键词：压电俘能器车轨系统轨下压电叠堆俘能器动力性能

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磁控触变流体的3D打印工艺研究

材料科学与工艺 2024年第2期32卷 55-65页

作者：张圣杰李振坤耿子健郭乙飞宋仲儒董珈皓李占贤华北理工大学机械工程学院河北唐山063210 北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044 河北省工业机器人产业技术研究院河北唐山063210

针对现有磁控智能流体无法应用于3D打印的问题,本文制备了一种在磁场调控下能够实现溶胶-凝胶可逆转变的新型磁控触变流体,并对其打印工艺进行了研究。采用全系统损耗润滑油、有机膨润土和Fe_(3)O_(4)颗粒制备了不同配比的打印样品,搭... 详细信息

针对现有磁控智能流体无法应用于3D打印的问题,本文制备了一种在磁场调控下能够实现溶胶-凝胶可逆转变的新型磁控触变流体,并对其打印工艺进行了研究。采用全系统损耗润滑油、有机膨润土和Fe_(3)O_(4)颗粒制备了不同配比的打印样品,搭建了直写式3D打印实验平台,研究其可打印性。流变学实验表明:磁控触变流体有机膨润土含量越高,触变性越强,剪切变稀越明显;磁场强度越强,屈服应力越高,储存模量越高。3种挤出方式下的打印实验结果表明,采用匀料恢复挤出方式打印的结构具备最高分辨率和最大高度。磁控触变流体在根据其流变特性设计的挤出装置下具有良好可打印性,为该材料应用于柔性传感、软体机器人个性化复杂结构设计与驱动、微流控检测等领域奠定了基础。

关键词：磁场调控磁控触变流体 3D打印打印工艺流变性能

晶粒尺寸对竹节晶铜箔微轧制变形行为影响的模拟

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中国有色金属学报 2024年第3期34卷 841-854页

作者：陈守东卢日环陈晨铜陵学院机械工程学院铜陵244061 东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室沈阳110819 铜陵学院工程液压机器人安徽普通高校重点实验室铜陵244061 燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心秦皇岛066004

高性能铜箔已经广泛应用于新能源、微电子等领域,为降低其制备成本和调控组织性能,对拉拔−压缩−剪切复合成形条件下的竹节晶铜箔轧制微观变形行为进行研究。建立微观尺度的晶体塑性有限元模型,分析竹节晶微轧制变形的晶粒尺寸效应。该... 详细信息

高性能铜箔已经广泛应用于新能源、微电子等领域,为降低其制备成本和调控组织性能,对拉拔−压缩−剪切复合成形条件下的竹节晶铜箔轧制微观变形行为进行研究。建立微观尺度的晶体塑性有限元模型,分析竹节晶微轧制变形的晶粒尺寸效应。该微观模型将每个离散单元只是作为晶粒的组成部分,同时在积分点上采用单晶体本构模型建立本构方程。结果表明:微观层次复合轧制竹节晶铜箔的变形特征表现为高度的异向性和局部化;竹节晶铜箔轧制力变化符合类似Hall-Petch关系,即轧制力随晶粒尺寸的减小而增大;随着晶粒尺寸减小,复合轧制竹节晶铜箔的滑移均匀性和晶界滑移协调能力均增强;动态剪切带和变形带随着晶粒尺寸的减小向晶界偏移。为保证轧制竹节晶铜箔变形的稳定性和进一步减薄,晶粒尺寸小于100μm为宜。

关键词：竹节晶轧制晶体塑性有限元晶粒尺寸效应微观变形

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果蔬采摘机器人末端执行器研究现状

中国农机化学报 2024年第4期45卷 231-236页

作者：胡皓若张跃跃周佳良陈青王金鹏南京林业大学机械电子工程学院南京市210037

目前果蔬采摘大多以人工采摘为主,存在效率低、采摘成本大等缺点,同时随着人口老龄化问题的日益严重,劳动力紧缺,制约农业的快速发展。末端执行器作为果蔬采摘机器人的关键部件,在很大程度上影响着采摘机器人的采摘率和损伤率,对末端执... 详细信息

目前果蔬采摘大多以人工采摘为主,存在效率低、采摘成本大等缺点,同时随着人口老龄化问题的日益严重,劳动力紧缺,制约农业的快速发展。末端执行器作为果蔬采摘机器人的关键部件,在很大程度上影响着采摘机器人的采摘率和损伤率,对末端执行器的研究具有至关重要的意义。充分阐述当前国内外果蔬采摘机器人的研究现状。根据采摘方式和驱动方式的不同对采摘末端执行器进行归纳,总结出采摘过程中致损原因。通过列举典型采摘末端执行器,分析末端执行器在采摘过程中果实致损的原因;通过对现有采摘机器人末端执行器方案的具体参数对比梳理,提出存在识别定位不准、采摘效率低等问题,并从损伤率、采摘效率等方面对未来末端执行器进行展望。

关键词：果蔬采摘末端执行器机器人果实致损智能化机械化

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基于非线性扩散与高维M-SURF描述符的双目视觉测量方法

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光电子．激光 2024年第4期35卷 405-413页

作者：宋祥许四祥杨利法施宇翔安徽工业大学机械工程学院安徽马鞍山243000 特种重载机器人安徽省重点实验室安徽马鞍山243000

针对传统图像匹配算法存在误匹配率高和双目视觉测量精度低的问题,本文提出一种基于非线性扩散与高维改进加速鲁棒特征(modified-speeded up robust features,M-SURF)描述符的双目视觉测量方法。首先改进非线性扩散模型中的PM(Perona-Ma... 详细信息

针对传统图像匹配算法存在误匹配率高和双目视觉测量精度低的问题,本文提出一种基于非线性扩散与高维改进加速鲁棒特征(modified-speeded up robust features,M-SURF)描述符的双目视觉测量方法。首先改进非线性扩散模型中的PM(Perona-Malik)模型,使图像中边缘区域得以平滑而维持内部平坦区域不变,再将扩散后图像与原始图像进行差分运算,利用KAZE算法检测特征点;然后采用环形邻域构建描述符,在对Harr小波响应值进行叠加时,根据与其垂直方向响应值的正负号进行多区间划分,生成高维M-SURF描述符;最后采用Hamming距离匹配,利用随机采样一致性(random sample consensus,RANSAC)算法剔除误匹配并筛选出测量所需的匹配点对,根据平行双目视觉测量原理获取匹配点对的三维坐标即可完成测量。实验结果表明,本文提出算法的匹配正确率较传统KAZE算法提高24.09%,测量最小相对误差达到0.3756%,满足测量精度的要求。

关键词：双目视觉非线性扩散 KAZE算法改进加速鲁棒特征(M-SURF)描述符测量

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基于银纳米线的柔性压阻式触觉传感器研究

传感技术学报 2024年第1期37卷 22-28页

作者：谭苗苗刘伟北京联合大学机器人学院机械工程系北京100027 北京联合大学北京市智能机械创新设计服务工程技术研究中心北京100027

触觉传感器是智能机器人感知外界环境并与人进行交互的关键环节。多种物理测量和高延展性使触觉传感器得到了更广泛的应用。提出了一种制造工艺简单、成本低的柔性触觉传感器,根据电阻的变化,可检测温度和接触压力。该传感器是由PDMS薄... 详细信息

触觉传感器是智能机器人感知外界环境并与人进行交互的关键环节。多种物理测量和高延展性使触觉传感器得到了更广泛的应用。提出了一种制造工艺简单、成本低的柔性触觉传感器,根据电阻的变化,可检测温度和接触压力。该传感器是由PDMS薄膜、纸基银纳米线和PDMS薄膜组成的三明治结构。敏感元件为3×3的纸基银纳米线阵列,阵列末端用导电银浆引线。整个传感器的尺寸为3 cm×3 cm。通过压力测试和温度测试实验,测量了传感器阵列交点处的电阻随着压力和温度变化趋势。结果表明,该传感器的压力检测灵敏度为2.8Ω/N,温度检测灵敏度为0.18Ω/℃。该传感器的结构和制备工艺简单可行,在机器人电子皮肤领域具有广阔的应用前景。

关键词：微机电系统柔性传感器压阻效应银纳米线

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磁控式小型化医疗机器人研究综述与展望

机械工程学报 2024年

作者：秦岩丁蔡卓丛申亚京韩建达香港科技大学电子与计算机工程系南开大学人工智能学院南开大学深圳研究院智能技术与机器人系统研究院

磁控式小型化医疗机器人能够被外部磁场隔空控制，在人体狭窄腔道内主动运动，检查并治疗人体深层的病变区域，在临床医疗领域具有巨大的潜力。根据尺度不同，磁控式小型化医疗机器人可分为厘米毫米尺度的胶囊机器人、毫米微米尺度的连... 详细信息

磁控式小型化医疗机器人能够被外部磁场隔空控制，在人体狭窄腔道内主动运动，检查并治疗人体深层的病变区域，在临床医疗领域具有巨大的潜力。根据尺度不同，磁控式小型化医疗机器人可分为厘米毫米尺度的胶囊机器人、毫米微米尺度的连续体机器人、微米纳米尺度的微型机器人。系统总结各自磁控原理、结构设计和潜在医疗应用，并综述最新研究进展。最后，展望磁控式小型化医疗机器人的未来研究方向，包括机器人材料的生物相容性，执行医疗任务的视觉反馈，多种医疗功能集成的小型化，运动控制的稳定性和鲁棒性。

关键词：磁控式医疗机器人胶囊机器人连续体机器人微型机器人

不依赖观测器的不确定性系统输出反馈鲁棒控制

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吉林大学学报（工学版） 2024年第3期54卷 828-835页

作者：赵军赵子亮朱庆林郭斌山东科技大学机械电子工程学院山东青岛266590 山东科技大学交通学院山东青岛266590

针对非匹配不确定性系统的静态输出反馈鲁棒控制问题在线求解难的难题,提出了一种基于数据驱动学习的自适应学习算法。首先,将不确定性系统的鲁棒控制问题转化为具有性能指标函数的标称系统的最优控制问题。其次,为实现输出反馈最优控制... 详细信息

针对非匹配不确定性系统的静态输出反馈鲁棒控制问题在线求解难的难题,提出了一种基于数据驱动学习的自适应学习算法。首先,将不确定性系统的鲁棒控制问题转化为具有性能指标函数的标称系统的最优控制问题。其次,为实现输出反馈最优控制,根据状态反馈控制项构造了输出反馈黎卡提方程。再次,为实现该输出反馈黎卡提方程的在线求解,使用克罗内克积和向量化操作重构输出反馈黎卡提方程,进而设计了基于输入/输出数据的自适应学习算法,摒弃了传统观测器的使用,实现可一步求解的输出反馈鲁棒控制。最后,为实现被估参数的快速收敛,进一步放松了所要求的持续激励条件。仿真结果验证了本文控制方法和学习算法的有效性。

关键词：控制理论与控制工程数据驱动学习鲁棒控制最优控制持续激励条件