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仿生混合润湿图案表面的制备及其水收集性能

表面技术 2024年第14期53卷 190-198页

作者：吴安琪刘长松纪学成栗心明青岛理工大学机械与汽车工程学院山东青岛266520

目的全球淡水资源短缺,高效和环保地获取淡水是一项重大挑战。方法受沙漠甲虫和叶脉的启发,采用氨腐蚀法在铜网表面生长一层氢氧化铜纳米带,随后在氢氧化铜表面覆盖掩膜,使局部附着正十二烷基硫醇分子,制备出仿生混合润湿图案表面,采用... 详细信息

目的全球淡水资源短缺,高效和环保地获取淡水是一项重大挑战。方法受沙漠甲虫和叶脉的启发,采用氨腐蚀法在铜网表面生长一层氢氧化铜纳米带,随后在氢氧化铜表面覆盖掩膜,使局部附着正十二烷基硫醇分子,制备出仿生混合润湿图案表面,采用接触角测量仪、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)分别对样品的润湿性、表面形貌及化学成分进行分析,以仿生混合润湿图案表面为基础搭建雾水收集装置,模拟潮湿环境来表征样品的水收集速率及样品在不同恶劣环境下的稳定性。结果在亲水表面构建疏水图案为后续实验提供了基础,所制备的仿生混合润湿图案表面与原始表面、亲水表面、超疏水表面的集水速率相比分别提高了146%、111%、61%,有效提高了集水速率,水收集速率与图案尺寸、图案间隔成反比关系,与图案形状无关。仿生混合润湿图案表面经过紫外线照射和100℃加热处理后,仍保持稳定的集水性能。结论样品具有制备简单、成本低廉、高效耐用等优点,在大气集水中具有潜在的应用前景,有望为解决水资源短缺问题提供新思路。

关键词：仿生技术混合润湿性氨腐蚀法硫醇局部改性集水性能路径储存

基于车路协同的交通瓶颈路段车流动态分配机制及模型

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吉林大学学报（工学版） 2024年第8期54卷 2187-2196页

作者：曲大义刘浩敏杨子奕戴守晨青岛理工大学机械与汽车工程学院山东青岛266525

针对快速路瓶颈路段存在大量的车道变换行为而造成的交通拥堵问题,以快速路交织区这一交通流频变区域为例,分析其车路协同运行特征,建立了交通瓶颈路段车流动态分配模型,采用C-V2X、边缘计算等技术,设计基于车路协同的车流动态分配系统... 详细信息

针对快速路瓶颈路段存在大量的车道变换行为而造成的交通拥堵问题,以快速路交织区这一交通流频变区域为例,分析其车路协同运行特征,建立了交通瓶颈路段车流动态分配模型,采用C-V2X、边缘计算等技术,设计基于车路协同的车流动态分配系统,研究其运行机制。运用MATLAB元胞传输模型仿真分析了车流分配系统,仿真结果表明:动态分配系统优化效果明显,在同步流状态下通行时间缩短11.4%左右,拥堵流状态下通行时间缩短幅度可达39.7%。研究结果对减少快速路交织瓶颈区域的运行延误,提高车流运行效率和快速路通行能力具有重要意义。

关键词：交通运输规划与管理交通瓶颈交通流特性车路协同系统动态交通分配

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柔性铰接板振动视觉测量与小波神经网络控制

光学精密工程 2024年第7期32卷 998-1010页

作者：邱志成刘一鸿李旻华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510641

为了解决航天器上用于供能的太阳帆板类柔性薄板结构的振动问题,针对一种移动柔性铰接板系统构建了双目视觉系统的振动测控实验平台,采用双目立体视觉方法来检测振动,并设计了自回归小波神经网络控制器(Self-Recurrent Wavelet Neural N... 详细信息

为了解决航天器上用于供能的太阳帆板类柔性薄板结构的振动问题,针对一种移动柔性铰接板系统构建了双目视觉系统的振动测控实验平台,采用双目立体视觉方法来检测振动,并设计了自回归小波神经网络控制器(Self-Recurrent Wavelet Neural Network Controller,SRWNNC)来抑制振动。对双目视觉系统进行了标定,基于视差原理和图像处理算法,通过解算标志点的三维坐标来获取振动信号。建立了系统的有限元模型,并通过辨识得到校正后的系统模型参数。基于辨识得到的模型在仿真环境中训练SRWNNC,用于实验系统的振动主动控制。分别针对移动柔性铰接板系统固定基座和平移轨迹运动两种情况,进行了双目视觉振动检测和振动控制仿真和实验研究。仿真和实验结果表明,双目视觉传感器对振动信号的检测精度小于0.1 mm,SRWNNC也展现出比大增益PD控制器更好的抑振效果,验证了双目视觉振动检测和SRWNNC抑制振动的准确性和有效性。

关键词：双目视觉移动柔性铰接板自回归小波神经网络振动抑制

基于合成数据集的多目标识别与6-DoF位姿估计

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华南理工大学学报（自然科学版） 2024年第4期52卷 42-50页

作者：胡广华欧美彤李振东华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510640

多目标识别及六自由度(6-DoF)位姿估计是实现物料无序堆放状态下机器人自动分拣的关键。近年来,基于深度神经网络的方法在目标识别及位姿估计领域受到广泛关注,但此类方法依赖大量训练样本,而样本的采集及标注费时费力,限制了其实用性... 详细信息

多目标识别及六自由度(6-DoF)位姿估计是实现物料无序堆放状态下机器人自动分拣的关键。近年来,基于深度神经网络的方法在目标识别及位姿估计领域受到广泛关注,但此类方法依赖大量训练样本,而样本的采集及标注费时费力,限制了其实用性。其次,当成像条件差、目标相互遮挡时,现有位姿估计方法无法保证结果的可靠性,进而导致抓取失败。为此,文中提出了一种基于合成数据样本的目标识别、分割及位姿估计方法。首先,以目标对象的3维(3D)几何模型为基础,利用3D图形编程工具生成虚拟场景的多视角RGB-D合成图像,并对生成的RGB图像及深度图像分别进行风格迁移和噪声增强,从而提高合成数据的真实感,以适应真实场景的检测需要;接着,利用合成数据集训练YOLOv7-mask实例分割模型,运用真实数据进行测试,结果验证了该方法的有效性;然后,以分割结果为基础,基于ES6D目标位姿估计模型,提出了一种在线姿态评估方法,以自动滤除严重失真的估计结果;最后,采用基于主动视觉的位姿估计校正策略,引导机械臂运动到新的视角重新检测,以解决因遮挡而导致位姿估计偏差的问题。在自行搭建的6自由度工业机器人视觉分拣系统上进行了实验,结果表明,文中提出的方法能较好地适应复杂环境下工件的识别与6-DoF姿态估计要求。

关键词：目标识别位置测量 6-DoF位姿估计机器人自动分拣 RGB-D图像

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燃料电池涡电复合空压机系统建模与调控研究

华南理工大学学报（自然科学版） 2024年第9期52卷 93-103页

作者：赵荣超王振朱智勇李巍华华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510640

配备具有排气能量回收功能的涡电复合空压机是大功率燃料电池空气管理系统的发展趋势,但涡电复合空压机在非设计工况下存在压比低、能量回收率低、设计需求工况无法满足等问题。以某款大功率燃料电池系统为研究对象,根据电堆进排气参数... 详细信息

配备具有排气能量回收功能的涡电复合空压机是大功率燃料电池空气管理系统的发展趋势,但涡电复合空压机在非设计工况下存在压比低、能量回收率低、设计需求工况无法满足等问题。以某款大功率燃料电池系统为研究对象,根据电堆进排气参数完成了涡轮膨胀机和空压机的3维气动设计,建立了包含燃料电池电堆与涡电复合空压机的电化学—流动传热耦合模型,搭建了涡电复合空压机实验台架,测试空压机与涡轮性能曲线,通过电堆、空压机与涡轮试验数据验证了该模型的准确性。基于该模型进一步研究涡轮流量特性、阀门调节方法对全工况系统排气能量回收率、电机功耗和阀门理论功率消耗的影响规律,分析了有无涡轮配置对燃料电池系统净输出功率的影响。结果表明,在中小负载工况下,涡轮流量系数每降低0.1,排气能量回收率提高5.26个百分点,但过小的流量系数导致设计点工况下电堆压力过高,需增加旁通阀泄压,导致系统过于复杂、排气能量损失大,选择涡轮流量系数为1时可获得较优的全工况能量回收率。此外,阀门前置方案优于后置方案,在非设计工况下阀门前置可使能量回收率提高6.25%。结合涡轮流量系数为1和阀门前置的方案,在设计流量点和50%设计流量点下,涡电复合空压机排气能量回收率分别为33.07%和27.31%。

关键词：燃料电池涡电复合空压机调控特性能量回收

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基于外力矩观测器的机器人碰撞检测

华南理工大学学报（自然科学版） 2024年第3期52卷 84-92页

作者：张铁陈亿杰邹焱飚华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510460

碰撞检测技术可以降低设备损坏和人身伤害的几率,在现代化的人机协作生产中起着重要的作用。实现免外力矩传感器的碰撞检测需要准确地估计工业机器人受到碰撞时的关节外力矩。然而,动力学模型的参数辨识误差以及电机电流的测量误差等因... 详细信息

碰撞检测技术可以降低设备损坏和人身伤害的几率,在现代化的人机协作生产中起着重要的作用。实现免外力矩传感器的碰撞检测需要准确地估计工业机器人受到碰撞时的关节外力矩。然而,动力学模型的参数辨识误差以及电机电流的测量误差等因素会影响外力矩估计的准确性。为了解决这些问题,本文设计了一种扰动卡尔曼滤波外力矩观测器。该观测器基于扰动原理将外部碰撞等效的外力矩作为扰动项,并定义关节扰动模型。同时,引入机器人的广义动量构建状态空间方程。考虑到动力学模型的参数辨识以及电机电流的测量存在误差,基于卡尔曼滤波算法进行迭代估计,从而得到最优的外力矩观测值。为了提高碰撞检测的灵敏度,本文提出了一种随关节速度变化的时变对称阈值函数,用于实现碰撞检测。该方法可以根据关节速度的变化调整阈值,以适应不同工作速度下的外力矩观测值。实验结果表明,与广义动量观测器相比,所提出的观测器在外力矩估计的整体精度上提高了52.03%。为了验证所提方法的有效性,本文利用6自由度串联关节型工业机器人进行了碰撞检测实验。实验结果显示,相比于静态阈值,采用时变阈值的方法缩短了58.06%的检测延时,从而可以提高碰撞检测的灵敏度,更有利于工业机器人的安全操作和碰撞防护。

关键词：工业机器人碰撞检测外力矩观测器时变阈值

SLM制备Ti6Al4V合金表层组织的均质化及腐蚀行为研究

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第8期55卷 2991-3001页

作者：郑志军张文韬华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510641

采用激光选区熔化(SLM)增材制造工艺制备致密度为97.5%的Ti6Al4V合金,并利用高能喷丸与退火处理复合工艺对垂直建造方向的XOY面及平行建造方向的XOZ面进行均质化处理,然后对原始打印件、喷丸处理以及喷丸+退火处理的3种状态的试样进行... 详细信息

采用激光选区熔化(SLM)增材制造工艺制备致密度为97.5%的Ti6Al4V合金,并利用高能喷丸与退火处理复合工艺对垂直建造方向的XOY面及平行建造方向的XOZ面进行均质化处理,然后对原始打印件、喷丸处理以及喷丸+退火处理的3种状态的试样进行电化学性能测试。研究结果表明:经喷丸处理后,原始打印件XOY面和XOZ面的组织趋于均质化,同时组织明显细化;喷丸既不改变衍射峰的位置,也不产生新的衍射峰,但可使衍射峰宽化;对于喷丸后经不同温度退火处理的样品,随退火温度的升高,XOY面和XOZ面的晶粒逐渐长大,在780℃退火后,二者均可获得α+β双相组织。对于原始打印件,XOY面和XOZ面的电化学腐蚀行为存在明显的差异,其中,XOY面的腐蚀倾向更小,耐蚀性能更优。经喷丸+退火处理后,这种差异明显减小,同时耐蚀性能进一步提高,经综合考虑可得喷丸+780℃退火为最佳工艺。

关键词：激光选区熔化 Ti6Al4V合金喷丸组织各向异性

相分离结构与电场协同作用下微细通道流动沸腾传热

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高校化学工程学报 2024年第2期38卷 195-208页

作者：罗小平李晓婷杨书斌华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510640

为研究相分离结构与电场协同作用下微细通道内流动沸腾传热特性,以质量分数为30%的甘油水溶液为试验工质,在入口温度为70℃、质量流率为121.25 kg·m^(-2)·s^(-1)、热流密度为90.31~151.23 k W·m^(-2)的工况下,针对0、800、1 600 V不... 详细信息

为研究相分离结构与电场协同作用下微细通道内流动沸腾传热特性,以质量分数为30%的甘油水溶液为试验工质,在入口温度为70℃、质量流率为121.25 kg·m^(-2)·s^(-1)、热流密度为90.31~151.23 k W·m^(-2)的工况下,针对0、800、1 600 V不均匀电场,在截面为2 mm×2 mm的不同相分离结构逆流微细通道内开展流动沸腾试验,研究不同电场和不同相分离结构协同作用下微细通道内局部饱和沸腾传热系数及影响规律,结合可视化结果分析相分离结构与电场协同作用下受限气泡长径比变化以及强化机理。利用平均传热综合性能评价指标评估相分离结构与电场协同作用下微细通道的传热综合性能。结果表明,相较于无电场无相分离结构,相分离结构与电场协同作用下,局部饱和沸腾传热系数和受限气泡单位时间长径比变化比率ζ分别最大提高了61.22%、605.5%;平均传热综合性能评价指标最高可达1.50。

关键词：微细通道相分离结构电场流动沸腾可视化

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3D打印速度对铸造蜡成型翘曲变形的影响

华南理工大学学报（自然科学版） 2024年第6期52卷 81-88页

作者：莫海军梁道明林晨彬刘翔华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510640

通过快速模具制造可打印熔模铸造用的蜡模,缩短生产周期,提高生产效率。但在实际成型过程中,由于制件不同位置的温度分布不均,会造成内应力差异,导致制件翘曲变形,进而对制件的成型质量产生较大的影响;而且,受3D打印速度和沉积层数等成... 详细信息

通过快速模具制造可打印熔模铸造用的蜡模,缩短生产周期,提高生产效率。但在实际成型过程中,由于制件不同位置的温度分布不均,会造成内应力差异,导致制件翘曲变形,进而对制件的成型质量产生较大的影响;而且,受3D打印速度和沉积层数等成型参数的制约,较难在降低制件翘曲变形程度的同时提高成型效率。有鉴于此,文中通过建立成型制件翘曲变形的数学模型,并结合实验设计与数学计算等方法,探究打印速度对铸造蜡直写成型翘曲变形程度与打印效率的影响机制。实验结果显示:在一定打印速度下,试样翘曲值随沉积层数的增加而减小,且随着打印速度的不断增加翘曲值逐渐变大;成型打印速度越高,不同试样的打印耗时越接近于某一稳定值,表明打印速度对成型效率的影响随打印速度的增加而降低。文中还通过对成型翘曲变形和打印效率分别赋予权重系数,建立了表面轮廓最佳打印速度连续函数模型,并验证了模型的有效性。研究结果表明,基于铸造蜡成型翘曲变形建立的最佳打印速度连续函数模型可在降低翘曲变形的同时提高打印效率。

关键词：熔模铸造翘曲变形 3D打印速度权重系数函数模型