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双指柔顺夹持手结构设计及其力感知

计算机集成制造系统 2024年第1期30卷 14-27页

作者：吴全会施罗杰潘柏松邵旭辉浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验室浙江杭州310032 浙江工业大学机械工程学院浙江杭州310032

针对机械手抓取形状多样化的目标件和调整夹持力大小的问题,设计了一种具有力感知的复合驱动双指柔顺夹持手。首先基于人手指关节双指贴合抓取原理,分析不规则目标件外形轮廓抓取特征,提出一种复合驱动的双指柔顺夹持手结构;其次根据柔... 详细信息

针对机械手抓取形状多样化的目标件和调整夹持力大小的问题,设计了一种具有力感知的复合驱动双指柔顺夹持手。首先基于人手指关节双指贴合抓取原理,分析不规则目标件外形轮廓抓取特征,提出一种复合驱动的双指柔顺夹持手结构;其次根据柔顺夹持手驱动特点和夹取力的控制要求,采用气缸与步进电机相结合的混合驱动方式,并结合夹持手力传感器反馈,实现对不规则形状目标件的包络贴合抓取;最后对所设计的复合驱动双指夹持手进行了样机研制和力感知柔性抓取验证,测试结果实现夹持手指根节角度调整范围为-15°~15°,夹持手接触力传感器测试误差5%左右。该夹持手结构为精准夹取形状多样性的目标件提供了可靠的技术支撑,也为多指夹持手机构设计和夹持力感知研究提供了理论借鉴。

关键词：双指柔顺夹持手指根可转位夹取力控制

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超声复合激光制造技术研究进展(特邀)

中国激光 2024年第4期51卷 41-59页

作者：姚喆赫潘成颢迟一鸣陈健王发博张群莉姚建华浙江工业大学激光先进制造研究院浙江杭州310023 特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点实验室浙江杭州310023 浙江工业大学机械工程学院浙江杭州310023

超声复合激光制造技术通过施加外部超声以提升激光制造的加工能力与质量,已成为国内外研究热点。分析了当前超声复合激光制造技术涉及的耦合机理,并综述了超声在激光制造过程中的作用机制。根据超声振动模块与基体的接触模式将超声引入... 详细信息

超声复合激光制造技术通过施加外部超声以提升激光制造的加工能力与质量,已成为国内外研究热点。分析了当前超声复合激光制造技术涉及的耦合机理,并综述了超声在激光制造过程中的作用机制。根据超声振动模块与基体的接触模式将超声引入方式划分为固定接触式、移动接触式、非接触式,并分别阐述三种超声引入方式的优势与缺点。进一步,从增材、等材、减材制造三个方面全面讨论了不同超声引入方式和不同激光制造技术相结合的超声复合激光制造技术,探讨了不同复合制造技术的原理和技术特点,归纳了超声振动在激光制造过程中的影响规律。在当前研究进展基础上对超声复合激光制造技术的发展方向进行了展望。

关键词：激光制造复合制造超声振动耦合机制超声引入方式

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激光热应力成形弯折区形貌演变规律研究

表面技术 2024年第13期53卷 175-186,197页

作者：范伟鑫姚喆赫潘成颢洪锦源刘云峰姚建华浙江工业大学激光先进制造研究院杭州310023 浙江工业大学机械工程学院杭州310023 特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点实验室杭州310023

目的针对激光热应力成形弯折区增厚现象,揭示激光热输入、弯曲角度和成形机制对弯曲过程的影响,以及弯折区域形貌的演变规律,为提高激光热应力成形弯折区域的形貌可控性提供参考。方法采用高速相机拍摄成形过程中热输入和弯曲角度对弯... 详细信息

目的针对激光热应力成形弯折区增厚现象,揭示激光热输入、弯曲角度和成形机制对弯曲过程的影响,以及弯折区域形貌的演变规律,为提高激光热应力成形弯折区域的形貌可控性提供参考。方法采用高速相机拍摄成形过程中热输入和弯曲角度对弯折区的宏/微观形貌的作用效果,并采用共聚焦显微镜观察试样的宏观形貌,采用光学显微镜分析微观组织,通过维氏显微硬度计测量弯折区附近材料的硬度分布情况,同时结合温度场数值模拟和表面张力理论分析,揭示弯折区形貌的影响因素及形成机制。结果在低比能作用下,弯折区的熔融材料在激光扫描结束后快速凝固,并在扫描次数逐渐增加的过程中其表面逐渐隆起,并形成凸起状形貌,表面粗糙度随着扫描次数的增加呈现上升趋势,由5.5μm增至37.6μm。在高比能作用下,熔融材料的流动性得到提升,并在表面张力的作用下充分铺展,宏观形貌由凸变平,最后呈现凹形形貌,表面粗糙度随着扫描次数的增加呈现相反的变化趋势,由31.7μm减至5.8μm。此外,在塑性成形过程中,熔池流动仍受到成形角两侧壁面的限制。硬度测试结果表明,激光热应力成形弯折熔凝区域的硬度略高于基体的硬度,热影响区的硬度比基体的硬度降低了40%。结论激光热输入、弯曲角度和成形机制会影响弯折区材料表面的挤压、熔化、流动、凝固过程,以及材料内部的温度梯度和界面表面张力,在这些因素的影响下弯折区域的轮廓形貌、成形粗糙度、显微组织和硬度分布发生了变化。

关键词：激光热应力成形弯折区比能表面张力形貌硬度分布

微弧氧化对选区激光熔化多孔Ti6Al4V力学性能的影响

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表面技术 2024年第13期53卷 84-95页

作者：项一侯唐立威王景辉吴国龙张群莉姚建华浙江工业大学激光先进制造研究院杭州310023 浙江工业大学机械工程学院杭州310023 特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点实验室杭州310023

目的探究多孔Ti6Al4V经过微弧氧化(MAO)表面改性后力学性能的变化规律。方法采用选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)制备了相对密度分别为0.30、0.38、0.47的多孔Ti6Al4V点阵材料,利用表面化学抛光预处理和MAO工艺在其表面制备... 详细信息

目的探究多孔Ti6Al4V经过微弧氧化(MAO)表面改性后力学性能的变化规律。方法采用选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)制备了相对密度分别为0.30、0.38、0.47的多孔Ti6Al4V点阵材料,利用表面化学抛光预处理和MAO工艺在其表面制备MAO膜层,再通过显微观察和单轴压缩试验分析其微观形貌和力学性能。结果经过表面化学抛光预处理和MAO之后的多级多孔Ti6Al4V表面MAO膜层的孔径大小与脉冲电压及氧化时间呈正相关,膜层厚度和膜层中的钙磷原子比与氧化时间均呈现正相关关系,且在350 V脉冲电压和10 min氧化时间条件下制备的膜层最为均匀。MAO前后多孔Ti6Al4V的压缩应力-应变曲线基本一致,两者的弹性模量和屈服强度均随相对密度的增加而提高。与G-A方程计算的理论值相比,实测的弹性模量略有下降,但不显著,这可能是因为多孔Ti6Al4V在SLM成形过程中由于快速加热和冷却导致残余应力的产生,从而导致其弹性模量减小。同时由于SLM成形的多孔Ti6Al4V点阵材料中的孔隙壁可能低于理论预测中所假设的值,这会使得孔隙壁在加载过程中发生变形或破坏,这也会导致材料整体弹性模量的降低。而实测的屈服强度高于G-A方程计算的理论值,这可能是由于SLM成形多孔Ti6Al4V点阵材料的孔隙结构相较于G-A方程的理论模型更加规则。此外,在对数坐标中,MAO前后的屈服强度与弹性模量呈强正比关系,斜率分别为1.10和1.18,十分趋近于G-A方程的理论值。这亦表明MAO对多孔Ti6Al4V的整体力学性能影响有限。结论脉冲电压为350 V、氧化时间为10 min条件下MAO工艺所制备的膜层最为均匀,同时MAO对SLM成形多孔Ti6Al4V点阵材料的总体力学性能影响有限。

关键词：微弧氧化选区激光熔化多级多孔Ti6Al4V 点阵材料相对密度力学性能

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基于MFF-STDC网络的室外复杂环境小目标语义分割方法

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吉林大学学报(工学版) 2024年

作者：艾青林刘元宵杨佳豪浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点实验室

针对轻量化网络在复杂环境中小目标类别物体分割效果较差的问题，搭建基于多层级特征融合的MFF-STDC网络模型。通过多次叠加基于分组卷积的特征提取模块，使网络提升特征提取能力。通过分层权重注意力优化模块与CA注意力机制提升多尺度... 详细信息

针对轻量化网络在复杂环境中小目标类别物体分割效果较差的问题，搭建基于多层级特征融合的MFF-STDC网络模型。通过多次叠加基于分组卷积的特征提取模块，使网络提升特征提取能力。通过分层权重注意力优化模块与CA注意力机制提升多尺度特征信息的结合能力。建立了基于自适应复制算法的A-Cityscapes数据集、A-IDD数据集以及Field数据集，增加了数据集中小目标类别的数量，并完成训练与测试。MFF-STDC网络与STDC对比，mIoU分别提升了4.01%，3.65%，2.94%，并且对复杂环境中小目标类别的分割效果远好于其他网络。搭建了实景测试实验平台，测试结果表明，MFF-STDC网络有效提升了小目标类别的语义分割精度与分类能力，并且满足实时性要求。

关键词：计算机应用小目标类别检测多层级特征融合 CA机制自适应复制算法

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多特征下室内声源定位的复合模型粒子滤波

兵工学报 2024年第3期45卷 975-985页

作者：刘望生潘海鹏王明环浙江理工大学信息科学与工程学院浙江杭州310018 浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验室浙江杭州310012

为提高混响噪声下声源定位的精度和稳健性,提出多特征复合模型粒子滤波算法。该算法以麦克风接收信号的多特征构建似然函数,采用卷积神经网络提取多假设时延估计图像的深度特征,建立基于支持向量回归的时延估计模型;引入波束输出能量融... 详细信息

为提高混响噪声下声源定位的精度和稳健性,提出多特征复合模型粒子滤波算法。该算法以麦克风接收信号的多特征构建似然函数,采用卷积神经网络提取多假设时延估计图像的深度特征,建立基于支持向量回归的时延估计模型;引入波束输出能量融合机制,弥补单特征不能同时抑制噪声和混响的缺陷。针对说话人运动随机性的问题建立声源跟踪的复合模型,改善说话人跟踪系统的鲁棒性。仿真和实测结果表明:在复合模型跟踪下,多特征算法比可控响应功率时延估计算法位置平均均方根误差减少83%以上;在多特征观测下,复合模型比郎之万模型和随机行走模型位置平均均方根误差减少46%以上;新算法实现了对复杂环境下随机运动声源的有效跟踪。

关键词：室内声源定位多特征时延估计复合模型粒子滤波

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纳米微囊砂轮磨削工件表面自润滑层的形成

中国表面工程 2024年第1期37卷 254-266页

作者：关集俱徐正亚杨兰玉夏雨许雪峰常熟理工学院机械工程学院苏州215500 浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验室杭州310014

在磨削时磨削液难以有效渗入磨削区域起冷却润滑作用。提出利用润滑剂油酸(OA)填充碳纳米管(CNTs)制备CNTs@OA纳米微囊,并以其为填充剂制备树脂砂轮,磨削时随着纳米微囊的破裂,油酸可释放到磨削区形成自润滑层起润滑作用,从而提高砂轮... 详细信息

在磨削时磨削液难以有效渗入磨削区域起冷却润滑作用。提出利用润滑剂油酸(OA)填充碳纳米管(CNTs)制备CNTs@OA纳米微囊,并以其为填充剂制备树脂砂轮,磨削时随着纳米微囊的破裂,油酸可释放到磨削区形成自润滑层起润滑作用,从而提高砂轮的磨削性能。首先,制备纳米微囊并对其进行表征,分析微囊在砂轮中的存在形式,考察微囊的填充对其力学性能的影响;其次,研究砂轮磨削GCr15钢时纳米微囊的含量和磨削速度对磨削力、磨削温度、磨削比和表面粗糙度的影响,分析磨削过程中纳米微囊释放润滑剂油酸并产生自润滑作用的机制。结果表明,纳米微囊具有较好的热稳定性,能够抵抗树脂砂轮的固化温度并保护其中的油酸,当微囊的填充量小于16%时,砂轮的力学性能可以满足使用需求。与普通砂轮比,纳米微囊砂轮磨削时的磨削力可减小40%,磨削温度降低45%,工件表面粗糙度减少15%,磨削比可提高30%。磨削过程中,砂轮中的纳米微囊可将其空腔中的润滑剂油酸不断被释放到磨削界面上形成自润滑层,使砂轮具有了较好的自润滑作用,从而提高了其磨削性能。研究成果可为解决磨削过程的润滑问题提供一种可行的技术路线。

关键词：碳纳米管油酸纳米微囊砂轮自润滑磨削性能

CNTs@T321微囊制备的纳米流体与砂轮磨削时的双重润滑增效机制

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机械工程学报 2024年第9期60卷 351-363页

作者：关集俱祝正兵徐正亚栾志强许雪峰常熟理工学院机械工程学院苏州215500 浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验室杭州310023

磨削时,由于砂轮气流屏障的作用,磨削液难以渗入磨削区发挥作用,导致传统的磨削液强化浇注、微量润滑等方法难以实现理想的润滑、冷却效果。为此,提出利用分子内部填充硫化异丁烯(T321)的碳纳米管(CNTs)微囊(CNTs@T321)为添加剂,分别制... 详细信息

磨削时,由于砂轮气流屏障的作用,磨削液难以渗入磨削区发挥作用,导致传统的磨削液强化浇注、微量润滑等方法难以实现理想的润滑、冷却效果。为此,提出利用分子内部填充硫化异丁烯(T321)的碳纳米管(CNTs)微囊(CNTs@T321)为添加剂,分别制备微囊砂轮和纳米流体磨削液,磨削时纳米微囊可直接将润滑剂释放至磨削区域起自润滑作用。首先,制备纳米微囊并对其进行表征,然后制备以纳米微囊为添加剂的砂轮和纳米流体,开展了微量润滑条件下磨削GCr15钢的实验,揭示纳米微囊释放T321并生成自润滑膜的机制。结果表明,与传统砂轮及其磨削工艺比,微囊砂轮在纳米流体磨削条件下的磨削力、磨削温度、表面粗糙度值分别降低41%、37%、17%,而磨削比提高23%。磨削时,砂轮中的微囊可首先释放T321产生自润滑作用,纳米流体的介入进一步强化了磨削区的润滑和冷却作用,这种双重润滑增效机制提高了整个工艺系统的磨削性能。

关键词：碳纳米管纳米微囊砂轮磨削液自润滑

微细波纹板激光热应力成形边界效应的抑制方法

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中国表面工程 2024年第3期37卷 78-88页

作者：姚喆赫范伟鑫陈志敏张群莉姚建华浙江工业大学激光先进制造研究院杭州310023 浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点实验室杭州310023 浙江工业大学机械工程学院杭州310023

激光热应力成形为微细薄板结构的无模制造提供了解决方案,然而其边界效应严重影响成形精度。针对金属薄板激光热应力成形过程中的边界效应,采用振镜式激光,结合有限元模拟和成形试验分析激光工艺参数对边界效应的影响规律。研究了变速... 详细信息

激光热应力成形为微细薄板结构的无模制造提供了解决方案,然而其边界效应严重影响成形精度。针对金属薄板激光热应力成形过程中的边界效应,采用振镜式激光,结合有限元模拟和成形试验分析激光工艺参数对边界效应的影响规律。研究了变速度、变方向以及两者耦合的边界效应抑制策略,进而用于微细波纹板成形过程。结果表明,扫描路径上的温度与应力分布不均是造成边界效应的主要原因,薄板成形过程中的热累积主要存在于扫描结束端,激光工艺参数是影响弯曲成形件变形的重要因素;采用变向-变速耦合策略比单方向扫描的相对角度变化减小77.8%,实现了深宽比大于0.75的微细波纹板精密成形。变向-变速耦合策略能够有效抑制微细波纹板激光热应力成形中的边界效应,为高质量微细薄板成形提供参考。

关键词：激光材料加工波纹板激光热应力成形边界效应抑制策略激光工艺参数