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南瓜种子姿态约束定向组合式排种器设计与试验

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农业机械学报 2024年第6期55卷 121-132,158页

作者：俞亚新王炎周俊伟潘一隆浙江理工大学机械工程学院杭州310018

为实现南瓜种子定向播种,提出先调整南瓜种子运动姿态再进行定向的组合式定向方法,设计了一种南瓜种子组合式定向排种器。该定向装置的关键部件包括限位清种板和导向板两部分。基于南瓜种子几何特性确定了限位清种板的结构参数。建立南... 详细信息

为实现南瓜种子定向播种,提出先调整南瓜种子运动姿态再进行定向的组合式定向方法,设计了一种南瓜种子组合式定向排种器。该定向装置的关键部件包括限位清种板和导向板两部分。基于南瓜种子几何特性确定了限位清种板的结构参数。建立南瓜种子定向过程的运动学方程,明确了南瓜种子定向过程中姿态变化与导向板结构参数的关系,确定了导向板结构参数。利用CFD-DEM耦合法,验证了南瓜种子组合式排种器定向排种的可行性,确定了排种盘转速取值范围。搭建试验台,以平躺吸附率为试验指标,通过单因素试验确定了排种盘型孔直径。以单粒率为试验指标,通过单因素试验确定了负压和排种盘型孔数取值范围。选取负压、排种盘型孔数、排种盘转速为试验因素,以单粒率、定向成功率为试验指标,进行了三因素三水平二次中心组合试验,得出影响排种器单粒率的主次因素为负压、排种盘型孔数、排种盘转速,影响排种器定向成功率的主次因素为排种盘转速、负压、排种盘型孔数。对优化后参数进行田间验证试验,结果表明,当排种盘型孔数为16、负压为10kPa、排种盘转速为4r/min时,单粒率为94.7%,定向成功率为82.7%,南瓜种子落入穴盘的正负偏转角度为18.5°。

关键词：南瓜种子定向播种排种器姿态约束定向组合式 CFD-DEM

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切削17-4PH不锈钢时刀具磨损对切削过程的影响分析

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工具技术 2024年第5期58卷 78-83页

作者：胡波田鹏飞蒋宏婉任仲伟袁森肖展开贵州理工学院机械工程学院贵阳市550003 贵州大学机械工程学院贵阳市550025

为了探究刀具磨损对切削力和已加工表面温度的影响,考虑实际切削过程中的刀具磨损类型,建立了不同磨损类型的刀具几何模型,采用DEFORM软件建立17-4PH不锈钢正交切削有限元模型。基于有限元模型研究了刀具磨损对切削温度、分流点和接触... 详细信息

为了探究刀具磨损对切削力和已加工表面温度的影响,考虑实际切削过程中的刀具磨损类型,建立了不同磨损类型的刀具几何模型,采用DEFORM软件建立17-4PH不锈钢正交切削有限元模型。基于有限元模型研究了刀具磨损对切削温度、分流点和接触表面应力等的影响规律,并通过切削实验验证磨损模型的可靠性,研究了后刀面磨损与切削力之间的演化规律。结果表明:前刀面磨损在一定程度上可以降低切削力和切削温度,其余磨损形式会增大切削力;随着后刀面磨损VB的增大,犁耕效应显著,切削力增大较为明显,而接触面的应力变化不明显。

关键词：刀具磨损切削力有限元分析 17-4PH不锈钢

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基于回转夹持递送的导管摩擦驱动研究

机械工程学报 2024年第17期60卷 80-90页

作者：任宝珍赵岩张建华张建军河北工业大学机械工程学院天津300400 北京科技大学机械工程学院北京100083

针对血管介入机器人中超长径比柔性导管的大行程高效递送操作问题,提出一种回转夹持连续递送的导管驱动模块,兼具卡爪结构可靠夹持与滚轮摩擦结构连续递送的优势。从微观角度分析回转夹持结构与导管之间的摩擦机制,得出接触面积、法向... 详细信息

针对血管介入机器人中超长径比柔性导管的大行程高效递送操作问题,提出一种回转夹持连续递送的导管驱动模块,兼具卡爪结构可靠夹持与滚轮摩擦结构连续递送的优势。从微观角度分析回转夹持结构与导管之间的摩擦机制,得出接触面积、法向载荷、摩擦力的计算公式,从宏观角度分析导管径向夹紧变形量与法向载荷、摩擦力之间的关系,为实际手术中所需的递送力提供理论模型;通过ABAQUS仿真软件分析了回转夹持递送模块、单组滚轮结构、两组滚轮结构夹持导管时的接触应力与接触面积,比较三种结构夹持对导管的破坏程度;再次,通过搭建轴向抓取力,周向抓取力,轴向精度,周向精度检测平台,得到驱动模块的最大抓取力与精度;通过体外血管模型设置主动脉弓三个分支动脉的递送任务,通过与模拟往复拖拽结构实验对比,验证了回转夹持连续推捻模块对导管递送效率的提升。仿真和实验结果表明,提出的回转夹持连续递送的导管驱动模块夹持可靠,最大轴向推送力为26.6 N,最大旋转扭矩为30.56 mN·m,且递送效率优于往复拖拽结构,完成三个任务的平均时间分别减少了42.3%、27.6%、45.7%,轴向驱动精度为0.9 mm,旋转精度为0.63°,能满足手术要求。

关键词：介入机器人回转夹持可靠夹持摩擦驱动

一种考虑关节跃度约束的实时刀具路径光顺算法

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中国机械工程 2024年第2期35卷 280-286页

作者：杜煦常泽鑫郑军强任鹏飞浙江理工大学机械工程学院杭州310018 杭州电子科技大学机械工程学院杭州310018

针对机器人加工过程中关节跃度超过约束的问题,提出一种考虑机器人关节跃度约束的刀具路径光顺算法。采用有限冲激响应滤波器插值算法对五轴刀具路径进行光顺处理,一步完成了路径光顺和速度规划。建立了关节与刀具之间的速度、加速度和... 详细信息

针对机器人加工过程中关节跃度超过约束的问题,提出一种考虑机器人关节跃度约束的刀具路径光顺算法。采用有限冲激响应滤波器插值算法对五轴刀具路径进行光顺处理,一步完成了路径光顺和速度规划。建立了关节与刀具之间的速度、加速度和跃度关系,通过调整时间常数保证了关节跃度不超过约束。考虑机器人关节加速度约束后,该算法计算出的时间常数更小。仿真和实验结果表明该算法能减小关节的跟踪误差,提高机器人的工作稳定性。

关键词：关节跃度约束五轴刀具路径光顺有限冲激响应滤波器插值机器人加工

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一种增强负泊松比结构的压电俘能器的设计与分析

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振动工程学报 2024年第7期37卷 1182-1190页

作者：陆亚平时岩李文彬高强南京理工大学机械工程学院江苏南京210094 东南大学机械工程学院江苏南京211189

考虑到传统压电悬臂梁存在固有频率高,输出性能低的缺点,本文基于增强负泊松比结构设计了一种压电俘能器,在弹性基板中引入了负泊松比结构和X型肋骨。利用有限元方法建立了压电俘能器的动力学模型;通过数值方法进行了模态和压电耦合分析... 详细信息

考虑到传统压电悬臂梁存在固有频率高,输出性能低的缺点,本文基于增强负泊松比结构设计了一种压电俘能器,在弹性基板中引入了负泊松比结构和X型肋骨。利用有限元方法建立了压电俘能器的动力学模型;通过数值方法进行了模态和压电耦合分析,并对增强负泊松比结构的俘能器进行了参数分析;搭建了实验平台,制作了压电俘能器样品,对输出性能进行验证。研究结果表明:与传统平板结构俘能器相比,增强负泊松比结构俘能器的一阶谐振频率低,输出电压和功率高,X型肋骨的加入提高了结构的刚度和非线性;相比于负泊松比结构的俘能器,X型肋骨的加入不仅改善了结构的疲劳性能,还拓宽了工作带宽。

关键词：压电俘能器负泊松比结构性能分析

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H13钢激光熔覆Fe基涂层组织与耐蚀性能研究

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激光与光电子学进展 2024年

作者：杨鹏宇冯光明李继强贾志欣刘立君张鑫刘亚刚胡奖品浙江理工大学机械工程学院浙大宁波理工学院宁波力劲科技有限公司浙江大学机械工程学院

压铸机作为一种重要的工业基础设备，其耐用性对产品质量和企业效益有着直接的影响，尤其是压射组件中的压室，本研究聚焦于压铸机中压室的表面改性，选用H13钢作为基体材料，通过激光熔覆技术在其表面制备了两种Fe基涂层。通过X射线衍... 详细信息

压铸机作为一种重要的工业基础设备，其耐用性对产品质量和企业效益有着直接的影响，尤其是压射组件中的压室，本研究聚焦于压铸机中压室的表面改性，选用H13钢作为基体材料，通过激光熔覆技术在其表面制备了两种Fe基涂层。通过X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、EDS能谱仪、显微硬度计以及电化学工作站，对H13涂层的相组成、微观形貌、元素分布、力学性能以及耐腐蚀性能进行了评估。结果表明，采用激光熔覆技术制备的涂层较基体具有良好的硬度和耐腐蚀性能，为延长压铸机中料筒的使用寿命提供了参考。

关键词： H13钢激光熔覆 Fe基耐腐蚀性

基于神经网络的比例伺服阀阀芯液动力补偿鲁棒智能控制

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机械工程学报 2024年第4期60卷 126-133页

作者：周宁姚建勇邓文翔南京理工大学机械工程学院南京210094

比例伺服阀广泛应用于智能工程机械、国防装备等高端液压系统中。对于智能比例伺服阀而言,液动力是限制其智能化程度提升最主要的因素。针对上述问题,提出一种基于神经网络的阀芯液动力补偿鲁棒控制器(Flow force compensation neural n... 详细信息

比例伺服阀广泛应用于智能工程机械、国防装备等高端液压系统中。对于智能比例伺服阀而言,液动力是限制其智能化程度提升最主要的因素。针对上述问题,提出一种基于神经网络的阀芯液动力补偿鲁棒控制器(Flow force compensation neural network-based robust controller,FF-NNRC)。首先利用Fluent软件,获取在不同阀芯位移、压力边界条件下的液动力信息,用于模拟真实工况下的液动力扰动。设计神经网络学习逼近液动力扰动,从而在模型前馈补偿项构建液动力动态补偿项,针对系统其他扰动及神经网络估计误差设计鲁棒项加以克服。Lyapunov稳定性理论证明提出的控制策略可以实现系统的有界稳定。仿真结果表明,与传统的PID控制器和基于名义值模型补偿的鲁棒控制器(Model compensation robust controller,MC-RC)相比,所提出的控制器具有更高的控制精度和抗干扰能力。

关键词：液动力计算流体动力学神经网络模型补偿鲁棒控制

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双弯曲旋转超声椭圆振动加工系统设计

北京航空航天大学学报 2024年第9期50卷 2912-2918页

作者：邵壮壮郑侃董松孙振文孙连军严嘉文南京理工大学机械工程学院南京210094

由于旋转超声单一振动模式加工效率提升有限,因此采用超声振动激励源耦合法设计了一种双弯曲旋转超声椭圆振动加工系统。推导弯曲波动方程,计算的弯曲超声振动系统参数与仿真结果的理论分析误差仅为5%。耦合双弯曲旋转超声椭圆振动加工... 详细信息

由于旋转超声单一振动模式加工效率提升有限,因此采用超声振动激励源耦合法设计了一种双弯曲旋转超声椭圆振动加工系统。推导弯曲波动方程,计算的弯曲超声振动系统参数与仿真结果的理论分析误差仅为5%。耦合双弯曲旋转超声椭圆振动加工系统2个不同方向的振动,控制弯振频率偏差低于1%。对超声刀柄的法兰位置与形状进行有限元分析发现,开设减振槽有利于增大弯振振幅,并确定了法兰的最佳位置。对双弯曲旋转超声椭圆振动加工系统的振动频率和振幅进行测试,结果表明:所设计系统在工作频率和2个方向的振幅均满足设计预期。

关键词：双弯曲超声椭圆振动激励源耦合超声刀柄弯振频率弯振振幅

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2R1T并联机器人滑模自适应迭代学习控制

机器人 2024年第3期46卷 317-329页

作者：周博文张海峰李秦川浙江理工大学机械工程学院浙江杭州310018

针对具有两转一移自由度的并联机器人的重复性加工轨迹跟踪精度问题,提出了一种滑模-自适应-迭代学习控制方案。具体而言,采用迭代学习控制来提高轨迹控制的精度,引入滑模控制来增强控制系统的鲁棒性,并采用自适应控制来处理系统内在的... 详细信息

针对具有两转一移自由度的并联机器人的重复性加工轨迹跟踪精度问题,提出了一种滑模-自适应-迭代学习控制方案。具体而言,采用迭代学习控制来提高轨迹控制的精度,引入滑模控制来增强控制系统的鲁棒性,并采用自适应控制来处理系统内在的不确定性,降低了滑模控制中切换项引起的振荡问题。进一步,通过Bellman-Gronwall定理与λ范数证明了控制系统的收敛性。通过设计类李雅普诺夫函数证明了控制系统的稳定性。最后,进行控制方案的数值仿真以及真机实验,验证了所提出的控制方案能够有效提升两转一移类并联机构的控制精度以及系统鲁棒性。在该控制算法下,并联机器人关节空间的平均误差、最大误差及标准差相比于PD控制方法降低了59.5%、55.1%和60.1%。

关键词：迭代学习控制 2R1T并联机器人滑模控制自适应控制