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六自由度上肢康复机器人机构设计及轨迹规划

机器人外科学杂志（中英文） 2024年第2期5卷 115-120页

作者：张邦成兰旭腾刘帅庞在祥长春工业大学机电工程学院吉林长春130012

本研究设计一款六自由度上肢康复机器人,机器人采用绳索驱动、串并联相结合的关节结构形式,能够牵引偏瘫患者的上肢实现多个关节且活动范围较大的康复运动训练。针对上肢康复机器人机构适用性问题,基于运动学理论和D-H坐标系法建立上肢... 详细信息

本研究设计一款六自由度上肢康复机器人,机器人采用绳索驱动、串并联相结合的关节结构形式,能够牵引偏瘫患者的上肢实现多个关节且活动范围较大的康复运动训练。针对上肢康复机器人机构适用性问题,基于运动学理论和D-H坐标系法建立上肢康复机器人本体D-H参数模型,根据空间坐标向量之间的平移、旋转关系,对运动序列建模分析,求解正运动学,通过封闭解法求解逆运动学。基于运动学分析结果,提出五次多项式函数关节空间轨迹规划方法,对上肢提拉抬肘运动进行轨迹规划仿真,验证了康复运动过程中的运动能力。

关键词：上肢康复机器人运动学分析轨迹规划

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啤酒糟流化床气化中颗粒粒径对气固流动和产气影响的CPFD模拟

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煤炭学报 2024年

作者：国洪帅姜华伟杨海瑞王翠苹李延辉清华大学能源与动力工程系青岛大学机电工程学院山东科技大学储能技术学院

我国酿酒工业每年产生大量废弃啤酒糟，其具有挥发分含量高、硫含量低的特点，特别适合作为气化原料，而流化床气化炉以优异的气固混合和温度均匀性而著称，通过流化床气化实现啤酒糟的资源化和能源化利用具有重要意义。为探究啤酒糟流... 详细信息

我国酿酒工业每年产生大量废弃啤酒糟，其具有挥发分含量高、硫含量低的特点，特别适合作为气化原料，而流化床气化炉以优异的气固混合和温度均匀性而著称，通过流化床气化实现啤酒糟的资源化和能源化利用具有重要意义。为探究啤酒糟流化床气化过程中颗粒粒径对气固流动行为和产气的影响，基于计算颗粒流体动力学(CPFD)方法，对以空气和水蒸气为气化剂的啤酒糟鼓泡流化床气化过程进行了数值模拟，研究了床料粒径和啤酒糟粒径的影响。通过CPFD数值模拟，获得了鼓泡流化床气化炉内颗粒体积分数分布、酒糟和床料的颗粒分布等流动特征，以及产气中主要气体组分的摩尔分数。借助鼓泡流化床气化实验装置，研究了床料粒径和啤酒糟粒径对产气中各气体组分体积分数的影响规律，并对数值模拟结果进行了验证。结果表明，床料粒径的增加不利于气化炉内的充分流态化和颗粒混合，使气化炉内温度沿高度的分布不均匀，并且不利于碳颗粒和水蒸气的充分混合以及气固反应和气相反应的均匀吸放热，造成H2摩尔分数显著降低；啤酒糟粒径的适当增大有助于延长其在气化炉内的停留时间，从而提高固态碳与水蒸气、二氧化碳之间的反应转化率，生成更多的H2和CO，但过大的啤酒糟粒径会造成啤酒糟和床料的混合较差，使啤酒糟比表面积减小，不利于热解和气化反应，导致H2、CO、CH4和NH3等可燃组分的摩尔分数均降低。

关键词：流化床气化啤酒糟床料计算颗粒流体动力学颗粒粒径

高强TA18钛管微观织构对拉伸力学性能与弯曲成形性能影响研究

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精密成形工程 2024年第7期16卷 182-190页

作者：魏栋项豪特陈玉莹李恒马俊岭南师范学院机电工程学院广东湛江524048 西北工业大学材料学院西安710072 挪威科技大学机械与工业工程系挪威特隆赫姆7491

目的揭示高强钛管微观织构强度与宏观各向异性指标CSR值的定量关系,阐明微观织构对钛管拉伸力学性能与弯曲成形性能的影响,为高强钛管冷轧微观织构及性能精确调控奠定重要基础。方法选取不同轧制工艺条件下获得的高强钛管进行单向拉伸... 详细信息

目的揭示高强钛管微观织构强度与宏观各向异性指标CSR值的定量关系,阐明微观织构对钛管拉伸力学性能与弯曲成形性能的影响,为高强钛管冷轧微观织构及性能精确调控奠定重要基础。方法选取不同轧制工艺条件下获得的高强钛管进行单向拉伸测试及EBSD表征,分析微观织构对管材拉伸力学性能的影响;选取具有典型微观织构分布状态和CSR值的高强钛管进行数控绕弯试验及成形质量测试。结果单向拉伸力学性能测试结果表明,当CSR值为0.65~2.43时,随着CSR值的增大,颈缩阶段管材的应变与整体伸长率不断增大;数控绕弯试验结果表明,当高强钛管CSR值从1.27提高到1.48时,其断裂前最大弯曲角度从20°提高到110°,当CSR值增大到1.71时,可以成功实现120°的弯曲,并且随着CSR值进一步增大到2.14,弯管件的截面畸变率和壁厚减薄率不断减小。结论建立了可以准确描述宏观CSR与微观织构强度指标之间定量关系的双曲函数表达式,高强钛管径向织构强度的增强会提升高强钛管变形过程中抗壁厚减薄的能力,并有利于管材弯曲成形质量的提升。

关键词：高强钛管微观织构各向异性拉伸力学性能弯曲成形性能

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间歇运行下地埋管周围土壤热湿特性实验研究

太阳能学报 2024年第6期45卷 44-50页

作者：徐昭何伟王义天贾臻邾茂盛庾汉成合肥工业大学建筑环境与技术工程系合肥230009 青海建筑职业技术学院市政机电系西宁810012

搭建地源热泵地埋管周围土壤热湿传递的试验台,对初始含水率、防水层、保温层以及相变回填材料等因素对土壤热量和水分传递的影响进行探究。沙箱实验结果表明:竖直埋管的热量会引起周围土壤的温度传递和水分迁移,土壤初始含水率的提高... 详细信息

搭建地源热泵地埋管周围土壤热湿传递的试验台,对初始含水率、防水层、保温层以及相变回填材料等因素对土壤热量和水分传递的影响进行探究。沙箱实验结果表明:竖直埋管的热量会引起周围土壤的温度传递和水分迁移,土壤初始含水率的提高有利于温度恢复和地埋管换热,系统运行期间的温度峰值随初始含水率的增加而降低,防水层、保温层和相变回填材料也会对温度峰值和温度恢复产生影响。温度梯度和水力梯度是引起水分迁移的主要因素,在15%初始含水率时,温度梯度占据主导,驱动水分沿径向向远处扩散;在25%初始含水率时,水力梯度占据主导,水分沿深度向下渗透。

关键词：地源热泵土壤温度土壤湿度相变材料

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基于视觉检测的马铃薯种薯优化切割决策

林业机械与木工设备 2024年第5期52卷 76-82页

作者：赵文帅冯全孙步功孙伟甘肃农业大学机电工程学院甘肃兰州730070

针对当前马铃薯种薯制备环节存在自动化水平过低问题,构建了基于YoloV8n的芽眼检测与种薯切割决策模型。使用工业级CCD摄像头从两个不同视角拍摄分级后的马铃薯种薯,获取待切割种薯的最大视场图像。经过训练后的YoloV8n目标检测算法,可... 详细信息

针对当前马铃薯种薯制备环节存在自动化水平过低问题,构建了基于YoloV8n的芽眼检测与种薯切割决策模型。使用工业级CCD摄像头从两个不同视角拍摄分级后的马铃薯种薯,获取待切割种薯的最大视场图像。经过训练后的YoloV8n目标检测算法,可准确识别种薯图像中的芽眼位置信息。通过透视变换将种薯图像和芽眼位置信息转换到鸟瞰图,使用图割算法提取种薯的轮廓。切割决策模型计算每个切割槽与轮廓交线形成的面积,制定切割种薯的最佳策略,以确保每个切块上均含有芽眼且各切块的投影面积尽可能相同,从而指引切割装置对种薯进行切割。试验结果表明:制备的种薯薯块合格率达到93.19%,较盲切提高5.41%,种薯切块重量的标准差降低6.87 g,满足了种薯制备的质量要求。

关键词： YoloV8n 芽眼检测轮廓提取切割决策模型

引入ESO的永磁超环面电机无模型预测电流控制

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北京航空航天大学学报 2024年第4期50卷 1085-1096页

作者：刘欣王正阳王晓远天津工业大学天津市现代机电装备技术重点实验室天津300387 天津大学电气自动化与信息工程学院天津300072

为改善无差拍预测电流控制(DPCC)对永磁超环面电机系统参数的依赖性,研究了引入扩张状态观测器(ESO)的永磁超环面电机无模型预测电流控制(MFPCC-ESO)策略。根据永磁超环面电机的复合转子结构,引入自转运动影响系数与磁势系数,在旋转坐... 详细信息

为改善无差拍预测电流控制(DPCC)对永磁超环面电机系统参数的依赖性,研究了引入扩张状态观测器(ESO)的永磁超环面电机无模型预测电流控制(MFPCC-ESO)策略。根据永磁超环面电机的复合转子结构,引入自转运动影响系数与磁势系数,在旋转坐标系下建立该电机的时变数学模型;利用永磁超环面电机系统的输入与输出,建立该电机具有时变比例因子的超局部模型,同时引入ESO对超局部模型的干扰部分进行实时估计,并利用朱利稳定判据证明了ESO的稳定性;结合延时补偿的DPCC预测得到参考电压矢量,从而实现永磁超环面电机的MFPCC-ESO策略。对参数匹配和失配下永磁超环面电机MFPCC-ESO策略与DPCC策略进行对比分析,仿真结果表明:MFPCC-ESO策略下的永磁超环面电机具有优越的动态和稳态性能及强鲁棒性,同时该控制策略还能有效降低永磁超环面电机的输出波动。

关键词：超环面电机超局部模型无模型预测电流控制扩张状态观测器

基于赋权偏差传递网络的6Dof-RUS并联机构随机误差分析

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中国惯性技术学报 2024年第9期 948-954页

作者：董广宇杜玉红杨磊成天津工业大学机械工程学院天津市现代机电装备重点实验室

对于已经完成加工装配高精度并联机构,当出现使用精度无法满足设计要求时,需要对产生误差的源头进行追溯,只修复部分构件提高机构精度。以单点激光测距仪检测方法与六条由转动副(R)虎克铰链(U)球面副(S)构成单支链的6自由度并联机构(6Do... 详细信息

对于已经完成加工装配高精度并联机构,当出现使用精度无法满足设计要求时,需要对产生误差的源头进行追溯,只修复部分构件提高机构精度。以单点激光测距仪检测方法与六条由转动副(R)虎克铰链(U)球面副(S)构成单支链的6自由度并联机构(6Dof-RUS)随机误差模型之间的映射为研究内容。首先构建了6Dof-RUS并联机构赋权偏差传递网络,其次建立了相机坐标系中光斑与平面约束之间的映射方程,通过结构误差雅可比矩阵将结构参数误差映射为可观测的动平台位姿误差。最后进行了实验验证,实验结果表明,在有限次测量次数的情况下可快速对随机误差进行溯源,验证了所提方法的有效性与可靠性,对其他拓扑构型并联机构精度综合具有一定借鉴意义。

关键词：并联机构随机误差误差溯源 6自由度并联机构

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高速包装机传动系统声学贡献分析与降噪优化

振动工程学报 2024年第3期37卷 457-463页

作者：陈哲吾袁加乾陈文郭海保湖南科技大学机电工程学院湖南湘潭411201 中烟机械技术中心有限责任公司上海201206 西门子工业软件(北京)有限公司北京100102

传动系统引起的机械结构振动噪声问题是高速机械设备研究中需要解决的关键问题之一。本文结合振动噪声实验与仿真分析研究了高速包装机传动系统振动噪声源的定位及降噪优化问题。建立了高速包装机传动系统振动噪声实验装置,构建了对应的... 详细信息

传动系统引起的机械结构振动噪声问题是高速机械设备研究中需要解决的关键问题之一。本文结合振动噪声实验与仿真分析研究了高速包装机传动系统振动噪声源的定位及降噪优化问题。建立了高速包装机传动系统振动噪声实验装置,构建了对应的刚-柔耦合动力学仿真分析模型,基于实验测试数据进行了载荷识别并验证了模型的准确性与可靠性。以该模型为基础,结合模态参与因子及声学贡献量分析方法,明确了高速包装机传动系统声学贡献量较大的模态频率和板面区域,并对传动系统的设计进行了改进和优化。结果表明:通过模态贡献量分析和板面贡献量分析可以快速准确地定位噪声问题区域,以服务于相应机械结构设计的优化;在声学贡献量基础上进行结构优化可以有效抑制高速包装机传动系统的振动噪声。

关键词：高速包装机传动系统声学贡献分析噪声优化

17-4PH钢激光熔覆镍基碳化钨涂层工艺参数研究

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应用激光 2024年第2期44卷 42-51页

作者：殷铭王明娣苏州工业职业技术学院精密制造工程系江苏苏州215104 苏州大学机电工程学院江苏苏州215137

通过正交试验完成16组参数熔覆试验,使用显微硬度仪、摩擦磨损仪考察不同工艺参数试样的硬度、摩擦性能,使用扫描电镜(SEM)分析和研究截面结合处形态、物相。结果表明,在选定的因素和水平情况下,送粉速度对熔覆层硬度影响最大;最佳熔覆... 详细信息

通过正交试验完成16组参数熔覆试验,使用显微硬度仪、摩擦磨损仪考察不同工艺参数试样的硬度、摩擦性能,使用扫描电镜(SEM)分析和研究截面结合处形态、物相。结果表明,在选定的因素和水平情况下,送粉速度对熔覆层硬度影响最大;最佳熔覆样块显微硬度性能较基材提升了182.9%,平均摩擦因数比基材降低了86.7%,熔覆层和基材冶金结合性能良好。

关键词：激光熔覆 17-4PH Ni60A 正交试验摩擦磨损