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适应于水下抓取作业柔性臂的设计与试验研究

机械设计 2023年第11期40卷 49-55页

作者：尹强臧红彬袁卫锋周军高源李成佳西南科技大学制造过程测试技术省部共建教育部重点实验室四川绵阳621010

传统关节式水下作业机械臂存在作业灵活性受限、控制复杂等不足,为此,文中提出并研发了一种适应于水下作业、柔索驱动的柔性机械臂。通过采用对角线耦合轮系驱动,实现了一个电机控制两根驱动钢丝,并减少实际所需电机的数量;采用几何分... 详细信息

传统关节式水下作业机械臂存在作业灵活性受限、控制复杂等不足,为此,文中提出并研发了一种适应于水下作业、柔索驱动的柔性机械臂。通过采用对角线耦合轮系驱动,实现了一个电机控制两根驱动钢丝,并减少实际所需电机的数量;采用几何分析法建立了柔性臂驱动绳长、关节弯曲角度与末端位姿的运动学关系,并建立柔性臂运动学模型;采用MATLAB软件进行手臂运动仿真,得到柔性臂的仿真姿态与工作空间;通过ADAMS软件对柔性臂进行运动仿真,验证了算法的可行性,确定了手臂关节的最优尺寸。制造出实物样机,对其手臂动作灵活性、柔顺性进行测试,完成了气密性试验和水密性试验,并成功在水下环境对目标物进行抓取,验证了柔性臂机械系统结构的可靠性和可行性。该柔性臂不仅能满足水下环境抓取作业需求,还可以应用于各种受限空间、危险场景的抓取和检测作业。

关键词：水下抓取柔性臂设计运动学模型仿真分析试验研究

连续型机器人运动学的平面圆弧法建模与实验研究

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机械科学与技术 2023年第11期42卷 1811-1820页

作者：高源臧红彬袁卫锋周军尹强李成佳蔡勇刘樾西南科技大学制造过程测试技术省部共建教育部重点实验室四川绵阳621010

针对当前连续型机器人的运动学逆解求解复杂、低效这一问题,提出了一种基于平面圆弧法的运动学建模方法,其具有运动学逆解求解简单、高效的特点。利用该方法在平面内拟合连续型机器人的弯曲运动形状,建立其运动学模型,分析其驱动空间、... 详细信息

针对当前连续型机器人的运动学逆解求解复杂、低效这一问题,提出了一种基于平面圆弧法的运动学建模方法,其具有运动学逆解求解简单、高效的特点。利用该方法在平面内拟合连续型机器人的弯曲运动形状,建立其运动学模型,分析其驱动空间、关节空间和操作空间的映射关系,并描述其工作空间。分析连续型机器人在平面内弯曲形状的几何约束,建立关节空间变量之间的数学关系,降低求解复杂逆运动学问题的难度。对机器人末端执行器的位置和驱动线长度变化曲线进行仿真分析,求解逆运动学的有效解,并研制原理样机进行样机实验,实验表明该运动学模型的正确性以及逆运动学求解方法的有效性。

关键词：连续型机器人逆运动学平面圆弧法样机实验

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干燥气氛下速度对钠钙玻璃磨损性能的影响

摩擦学学报 2019年第5期39卷 601-610页

作者：肖童金何洪途余家欣西南科技大学制造过程测试技术教育部重点实验室

以硼硅酸盐玻璃球为对摩副,在摩擦磨损试验机上研究了干燥气氛下滑动速度和载荷对钠钙玻璃表面磨损性能的影响规律与作用机理.研究发现,随着滑动速度从0.25 mm/s逐渐增大到8 mm/s,钠钙玻璃在高载下(2 N)的稳态摩擦系数略微降低,当载荷... 详细信息

以硼硅酸盐玻璃球为对摩副,在摩擦磨损试验机上研究了干燥气氛下滑动速度和载荷对钠钙玻璃表面磨损性能的影响规律与作用机理.研究发现,随着滑动速度从0.25 mm/s逐渐增大到8 mm/s,钠钙玻璃在高载下(2 N)的稳态摩擦系数略微降低,当载荷降低为1 N时,速度对钠钙玻璃摩擦系数的影响并不明显.随着滑动速度的增加,钠钙玻璃表面的磨损深度和磨损体积逐渐增加,钠钙玻璃在低载下(1 N)的磨损体积增大了21.5倍,而在高载下(2 N)的磨损体积增大了12.5倍.低速时,钠钙玻璃接触界面温升较小,磨损机理以磨粒磨损和黏着磨损为主,并伴有少量脆性剥落.随着速度的增加,磨屑逐渐转移到对摩副pyrex球表面并参与到磨损过程,钠钙玻璃的磨损机理转变为黏着磨损和犁沟去除.相对于高载而言,低载下滑动速度对钠钙玻璃材料去除的影响更为显著,这是由于随着速度的增加,低载下玻璃界面的温升增长率大于高载下.

关键词：钠钙玻璃速度干燥气氛机械磨损载荷

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油滴/金属壁面正碰撞的油膜动力学特性

航空动力学报 2019年第7期34卷 1607-1614页

作者：周超古忠涛陈薄王博东西南科技大学制造科学与工程学院制造过程测试技术省部共建教育部重点实验室

为诠释轴承腔中润滑油滴与腔壁碰撞形成的沉积油膜流动铺展问题,采用流体体积(VOF)方法建立了油滴与金属壁面正碰撞的三维数值分析模型,在试验获得油滴与壁面静态接触角的基础上,通过数值计算,探讨了沉积油膜动态铺展和回缩过程,以及油... 详细信息

为诠释轴承腔中润滑油滴与腔壁碰撞形成的沉积油膜流动铺展问题,采用流体体积(VOF)方法建立了油滴与金属壁面正碰撞的三维数值分析模型,在试验获得油滴与壁面静态接触角的基础上,通过数值计算,探讨了沉积油膜动态铺展和回缩过程,以及油滴直径和碰撞速度对沉积油膜铺展直径、特征厚度、铺展速度以及碰撞力等油膜动力学特性的影响。结果表明:沉积油膜在最大铺展直径时呈中心微凹的圆盘形状,进入回缩阶段后则蜕变为边缘薄中心厚的圆盘形状;沉积油膜的回缩速度和回缩阶段的碰撞力都非常小,其值接近于0,并保持基本恒定;随着油滴直径的增大,沉积油膜铺展直径、特征厚度、铺展速度以及碰撞力均增大;随着碰撞速度的增大,油膜铺展直径和碰撞力增大,特征厚度却随之减小。与相关试验结果的对比,验证了提出的数值分析模型的可靠性和正确性。

关键词：油滴金属壁面正碰撞油膜动力学特性轴承腔

脆性材料在韧性域内的往复纳米划痕深度预测研究

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机械工程学报 2021年第15期57卷 246-254页

作者：于洲余家欣袁卫锋赖建平何洪途西南科技大学制造过程测试技术教育部重点实验室绵阳621010

提出了一种基于多道次划痕法的划痕深度的预测模型,在此模型中,基本假设为在针尖与材料弹性接触后,在每道次划痕中的划痕深度增量与赫兹接触理论得到的最大剪应力深度成正相关。随后通过建立每道次划痕时针尖与样品接触半径的递推关系,... 详细信息

提出了一种基于多道次划痕法的划痕深度的预测模型,在此模型中,基本假设为在针尖与材料弹性接触后,在每道次划痕中的划痕深度增量与赫兹接触理论得到的最大剪应力深度成正相关。随后通过建立每道次划痕时针尖与样品接触半径的递推关系,获得每道次划痕深度增量的递推关系,并通过划痕深度增量的总和来建立多次划痕深度的预测模型。考虑到脆性材料在多次划痕过程中会出现力学性能的变化,因此在预测模型中引入了材料弹性模量的修正方程以提高预测模型的精确性。为了验证上述模型的可靠性,本研究在压痕弹性载荷作用下,以磷酸盐激光玻璃为样品,采用球形金刚石针尖进行了多道次往复纳米划痕试验,并实现了对不同次数下的纳米划痕深度的预测。在通过对玻璃样品的弹性模量修正后,发现预测划痕深度和试验深度吻合度高。修正后的弹性模量根据划痕载荷的不同表现为随划痕次数不同的变化趋势,这与玻璃材料在不同载荷下剪切应力诱发的致密化与损伤软化相关。本研究所提出的计算模型理论基础可靠,同时考虑了材料自身力学性能的变化,因此有望推广到其他脆硬材料的纳米划痕变形演变预测中。

关键词：纳米划痕预测模型赫兹接触理论模量修正脆性材料

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硅酸盐玻璃摩擦学研究进展与展望

硅酸盐学报 2018年第4期46卷 607-614页

作者：何洪途余家欣西南科技大学制造过程测试技术教育部重点实验室

硅酸盐玻璃在精密制造、高新技术等领域发挥着越来越重要的作用，然而硅酸盐玻璃材料的摩擦磨损性能却逐渐成为制约其应用与推广的关键问题之一，主要表现在硅酸盐玻璃的压痕损伤、划痕损伤及磨损损伤。分析了硅酸盐玻璃在制造及其服役... 详细信息

硅酸盐玻璃在精密制造、高新技术等领域发挥着越来越重要的作用，然而硅酸盐玻璃材料的摩擦磨损性能却逐渐成为制约其应用与推广的关键问题之一，主要表现在硅酸盐玻璃的压痕损伤、划痕损伤及磨损损伤。分析了硅酸盐玻璃在制造及其服役过程中的关键摩擦磨损问题，阐述了硅酸盐玻璃摩擦学的研究内涵，对硅酸盐玻璃的压痕、划痕及磨损行为、机理和控制的问题进行了探讨，并结合硅酸盐玻璃摩擦学研究的现有进展及发展趋势，对硅酸盐玻璃摩擦学相关研究前景进行了展望。

关键词：硅酸盐玻璃压痕划痕磨损

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钠钙玻璃在不同液体环境中的磨损性能

硅酸盐学报 2018年第1期46卷 45-52页

作者：何洪途余家欣西南科技大学制造过程测试技术教育部重点实验室

以Pyrex玻璃球作为对磨副,研究了钠钙玻璃在不同液体环境下的磨损性能。研究发现,相比于纯水环境,钠钙玻璃在酸性溶液（pH=3）和碱性溶液（pH=11）中的磨损量分别降低了约33%和30%。当溶液中存在的带正电的聚合电解质通过静电作用力吸... 详细信息

以Pyrex玻璃球作为对磨副,研究了钠钙玻璃在不同液体环境下的磨损性能。研究发现,相比于纯水环境,钠钙玻璃在酸性溶液（pH=3）和碱性溶液（pH=11）中的磨损量分别降低了约33%和30%。当溶液中存在的带正电的聚合电解质通过静电作用力吸附在钠钙玻璃表面时,可有效提高玻璃表面的抗磨损性能,磨损量最大可降低约94%;当溶液中存在其他类型的聚合电解质时,钠钙玻璃的磨损量无明显变化。

关键词：钠钙玻璃磨损摩擦化学反应静电作用

基于Potrace点跟踪的文创产品逆向设计方法研究

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包装工程 2022年第20期43卷 256-261页

作者：杨蕾周军胡慧张欣西南科技大学制造过程测试技术省部共建教育部重点实验室四川绵阳621010

目的为辅助设计人员进行产品创新设计,特别是针对文创产品设计领域提高设计效率和产品快速迭代的需求,利用产品逆向设计方法,对设计实物二维形态进行快速扫描,获取其外部形态轮廓数据,在此基础之上进行改良或者创新设计,对于快速生成产... 详细信息

目的为辅助设计人员进行产品创新设计,特别是针对文创产品设计领域提高设计效率和产品快速迭代的需求,利用产品逆向设计方法,对设计实物二维形态进行快速扫描,获取其外部形态轮廓数据,在此基础之上进行改良或者创新设计,对于快速生成产品创意和设计实践都提供了新的方法和思路。方法针对逆向设计中,轮廓提取细节缺失、弧度线条生硬问题,本文提出了一种基于Potrace点跟踪的图像矢量路径优化算法用于文创产品的数字化分析及逆向设计。此方法以点跟踪作为基础,先利用位图中的顶点将图像轮廓抽象成多边形路径,然后再根据多边形转角大小利用贝塞尔曲线进行优化,最后通过交叉熵损失函数优化最终路径。结果实验表明,算法在复杂边缘的矢量化线条过渡好于其他算法,并且算法与目前常见矢量化算法相比较降低了时间复杂度,算法运行时间较其他算法能够提升40%以上。结论针对Potrace方法,提出了一种新的损失函数优化算法,算法在复杂边缘处过渡优于其他算法,同时算法运行时间大大降低,有利于将此算法用于文创产品逆向设计方法研究中。

关键词：文创产品矢量化算法逆向设计创新设计

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旋转圆盘表面油膜破碎转捩临界特性分析

摩擦学学报 2018年第5期38卷 493-500页

作者：陈薄王鼎铭古忠涛西南科技大学制造过程测试技术省部共建教育部重点实验室四川绵阳621010

高速滚动轴承内圈和保持架等旋转运动件表面润滑油膜的流动铺展以及破碎为油带和油矢的特性决定着轴承的润滑与冷却状态.在获得轴承旋转运动件拓扑结构—旋转圆盘表面油膜稳态流动特性的基础上,利用力学平衡和液体表面波不稳定破碎理论... 详细信息

高速滚动轴承内圈和保持架等旋转运动件表面润滑油膜的流动铺展以及破碎为油带和油矢的特性决定着轴承的润滑与冷却状态.在获得轴承旋转运动件拓扑结构—旋转圆盘表面油膜稳态流动特性的基础上,利用力学平衡和液体表面波不稳定破碎理论,建立表面油膜破碎转捩为油带和油矢的临界特性分析模型,分析和探讨了表面油膜的稳态流动特性以及供油量和润滑油物理特征参数对油膜破碎转捩临界特性的影响.结果表明:表面油膜沿着圆盘径向逐渐变薄,因与圆盘表面存在滑移现象,其流动速度也随之减小;表面油膜破碎的临界波数和临界半径随着圆盘转速的增高而增大,临界厚度则随之减小;表面油膜破碎的临界半径和临界厚度随着润滑油供油量的增加而增大;增大润滑油密度,将延缓表面油膜破碎,破碎临界半径增大,临界厚度减小;增大润滑油的黏度和表面张力系数将促进表面油膜破碎,破碎临界半径减小.与相关的试验结果对比验证了理论分析方法的正确性和可靠性.

关键词：旋转圆盘油膜破碎转捩临界厚度临界半径