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仿生蜘蛛丝微纳米复合材料的集水性能

复合材料学报 2022年第6期39卷 2515-2526页

作者：李昶倪中石英国帝国理工学院机械工程系伦敦SW72AZ 美国马萨诸塞大学阿默斯特分校工程系阿默斯特MA 01002

水是自然界大多数生物生存的必要条件,而动植物界存在着诸多奇妙的浸润现象。仿生微纳米复合材料浸润性相关研究是近年来国内外发展迅速的前沿热点,涉及跨领域、交叉领域。本文对仿生工程领域拥有集水性能的类蜘蛛丝微纳米复合材料的研... 详细信息

水是自然界大多数生物生存的必要条件,而动植物界存在着诸多奇妙的浸润现象。仿生微纳米复合材料浸润性相关研究是近年来国内外发展迅速的前沿热点,涉及跨领域、交叉领域。本文对仿生工程领域拥有集水性能的类蜘蛛丝微纳米复合材料的研究进展进行了评述,简要分析了材料的微纳米复合结构及其控制浸润性/液滴行为的机制,总结了类蜘蛛丝微纳米复合材料及集成蜘蛛网的制备技术发展(包括提拉法、静电纺丝法、微流体技术、三维编织技术、3D打印技术等),展示了不同微纳米复合材料及相应集水性能。本文重点分析并对比了仿生蜘蛛丝微纳米复合材料的仿生结构设计、材料制备技术、集水性能等,并展望了拥有集水性能的微纳米复合材料在微流体芯片、天气预报、海水淡化、药物缓释、微反应器、能量储运与转换等多领域的进一步新兴、多功能化应用。

关键词：仿生蜘蛛丝微纳米复合材料雾水收集液滴传输浸润性

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导热高分子聚合物研究进展

物理学报 2022年第2期71卷 60-66页

作者：刘裕芮许艳菲马萨诸塞大学阿莫赫斯特分校机械与工业工程系阿莫赫斯特01003 马萨诸塞大学阿莫赫斯特分校化学工程系阿莫赫斯特01003

传统高分子聚合物是良好的电绝缘体和热绝缘体.高分子聚合物具备质量轻、耐腐蚀、可加工、可穿戴、电绝缘、低成本等优异特性.高分子聚合物被广泛应用于各种器件.由于高分子材料的热导率比较低(0.1—0.5 W·m^(-1)·K^(-1)),热管理(散热... 详细信息

传统高分子聚合物是良好的电绝缘体和热绝缘体.高分子聚合物具备质量轻、耐腐蚀、可加工、可穿戴、电绝缘、低成本等优异特性.高分子聚合物被广泛应用于各种器件.由于高分子材料的热导率比较低(0.1—0.5 W·m^(-1)·K^(-1)),热管理(散热)面临严峻的挑战.理论及实验工作表明,先进高分子材料可以具有比传统传热材料(金属和陶瓷)更高热导率.Fermi-Pasta-Ulam(FPU)理论结果发现低维度原子链具有非常高的热导率.广泛使用的聚乙烯热绝缘体可以被转变为热导体:拉伸聚乙烯纳米纤维的热导率大约为104 W·m^(-1)·K^(-1),拉伸的聚乙烯薄膜热导率大约为62 W·m^(-1)·K^(-1).首先,本文通过理论和实验结果总结导热高分子材料的传热机理研究进展,并讨论了导热高分子聚合物的制备策略;然后,讨论了在传热机制及宏量制备方面,高分子聚合物研究领域所面临的新挑战;最后,对导热高分子的热管理应用前景进行了展望.例如,导热高分子聚合物在耐腐蚀散热片、低成本太阳能热水收集器、可穿戴智能冷却服饰、电子绝缘却高导热的电子封装材料等领域具有不可替代的热管理应用前景.

关键词：导热高分子热导率高分子导热机制热管理应用

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光交联丝素蛋白水凝胶的蓝光引发体系

纺织学报 2020年第4期41卷 64-71页

作者：孙广东黄益邵建中 FAN Qinguo 浙江理工大学生态染整技术教育部工程研究中心浙江杭州310018 麻省大学达特茅斯分校生物工程系马萨诸塞州北达特茅斯02747

针对再生丝素蛋白水凝胶生物活性、凝胶效率及凝胶强度三者难以兼具的问题,用樟脑醌(CQ)、核黄素磷酸钠(FMN)、曙红Y(EY)及姜黄素4种生物相容的光敏剂,分别与二芳基六氟磷酸碘鎓盐(DPI)构成丝素蛋白水凝胶的高效蓝光交联引发体系。借助... 详细信息

针对再生丝素蛋白水凝胶生物活性、凝胶效率及凝胶强度三者难以兼具的问题,用樟脑醌(CQ)、核黄素磷酸钠(FMN)、曙红Y(EY)及姜黄素4种生物相容的光敏剂,分别与二芳基六氟磷酸碘鎓盐(DPI)构成丝素蛋白水凝胶的高效蓝光交联引发体系。借助紫外分光光度计和光差示扫描量热法研究了4种光引发体系的光谱吸收特性和蓝光引发效率,采用光流变系统研究了光交联丝素蛋白的凝胶化行为。结果表明:CQ/DPI、EY/DPI体系均可作为自由基聚合以及丝素蛋白光交联反应的良好蓝光引发体系,该蓝光引发体系诱导丝素蛋白酪氨酸残基自由基间的偶合反应是丝素蛋白光交联反应的主要机制;以EY/DPI体系引发低浓度丝素蛋白光交联反应可在短时间(10 min)内实现较高强度丝素蛋白水凝胶的制备。

关键词：丝素蛋白水凝胶光交联反应机制光引发剂光敏增效剂二酪氨酸

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ArUco辅助的爬壁机器人自主定位方法

机器人 2024年第1期46卷 27-35,44页

作者：张文杨耀鑫黄天帜孙振国清华大学机械工程系北京100084

针对现有的爬壁机器人定位技术在纹理特征不明显、环境相对封闭、存在强磁干扰等特殊环境下的不足,提出利用机载鱼眼相机观测固定于地面的ArUco码的全新定位方案并实现了基于该定位方案的惯性测量单元/编码器/鱼眼相机多传感器融合的自... 详细信息

针对现有的爬壁机器人定位技术在纹理特征不明显、环境相对封闭、存在强磁干扰等特殊环境下的不足,提出利用机载鱼眼相机观测固定于地面的ArUco码的全新定位方案并实现了基于该定位方案的惯性测量单元/编码器/鱼眼相机多传感器融合的自主定位方法A-IEF。该方法首先识别ArUco码,并根据其在鱼眼图像中的位置筛选关键帧;然后,研究了固定于地面的ArUco码的角点在鱼眼图像中的重投影规律,并结合机器人姿态约束进行重定位优化;其次,在关键帧区间内,推导了角点重投影误差关于机器人位置和姿态增量的雅可比矩阵;接着,设计了基于ES-EKF(误差状态扩展卡尔曼滤波)的多信息融合方法,以编码器估计的位移误差及ArUco角点重投影误差作为观测量,实现对机器人航向角和位置的修正;最后,在大型钢制构件上进行测试,试验结果表明,本文方法具有更高的定位精度,其中位置估计精度保持在0.06 m以内,航向角估计精度保持在3.7°以内,相较于ArUco-rectified、航位推测法等定位算法,位置误差降低约47%,航向角误差降低约68%,并能够实现在弱光照环境中的定位。

关键词：多传感器融合误差状态扩展卡尔曼滤波爬壁机器人位姿估计 ArUco码

因特网约车平台双边报价交易机制创新及策略研究

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中国管理科学 2020年第3期28卷 201-212页

作者：周乐欣徐海平李烨贵州大学管理学院贵阳贵州550025 马萨诸塞大学达特茅斯分校工程学院计算与信息科学系达特茅斯马萨诸塞州02747 马萨诸塞大学达特茅斯分校工程学院达特茅斯马萨诸塞州02747

现有网约车平台采用接受或拒绝的定价交易机制,即乘客和司机被动选择接受或拒绝交易平台给出的定价及加价规则。由于缺乏对平台用户个体需求的了解,当前平台产生的价格不能反映不同交易者的内在诉求,如每个乘客的用车目的、紧急程度、... 详细信息

现有网约车平台采用接受或拒绝的定价交易机制,即乘客和司机被动选择接受或拒绝交易平台给出的定价及加价规则。由于缺乏对平台用户个体需求的了解,当前平台产生的价格不能反映不同交易者的内在诉求,如每个乘客的用车目的、紧急程度、经济能力,司机的实际运行成本、期望收益等差异。由于每个交易者的内在诉求对每笔交易的合理定价具有很大影响,为优化资源配置,将这类信息纳入网约用车市场价格形成机制变得越来越重要。本文设计了基于网约车平台的双边报价交易机制,该机制允许乘客和司机分别进行报价,网约车平台基于每次交易涉及的乘客及司机的报价自动生成交易价格并实现乘客与司机的交易匹配,该机制满足参与理性约束、预算平衡约束,保障乘客和司机获得该机制作用下的所有交易剩余,文章还对该机制下交易人的报价策略及投机策略进行了理性及仿真分析,证明该机制鼓励交易者说真话,从而优化平台资源配置。

关键词：网约车平台双边报价占优策略诚实报价投机策略

仿真驱动下基于Ramanujan周期变换的轴承早期故障特征提取

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机械工程学报 2023年第13期59卷 148-156页

作者：胡文扬王天杨张飞斌褚福磊清华大学机械工程系北京100084

在多源耦合强噪声干扰下,滚动轴承的早期故障特征信号往往很难进行快速而又准确地提取。针对现有研究中存在的抗噪能力较弱、计算效率较低等问题,一种基于仿真驱动的Ramanujan周期变换的滚动轴承早期故障特征提取方法被提出。首先,基于... 详细信息

在多源耦合强噪声干扰下,滚动轴承的早期故障特征信号往往很难进行快速而又准确地提取。针对现有研究中存在的抗噪能力较弱、计算效率较低等问题,一种基于仿真驱动的Ramanujan周期变换的滚动轴承早期故障特征提取方法被提出。首先,基于待分析滚动轴承的先验知识,构建故障仿真动力学模型并获得仿真的稳态响应。其次,将该仿真信号作Ramanujan周期变换得到变换系数,并基于该变换系数获得故障特征信息的变换位置。最后,基于仿真响应信号所得到的故障特征信息变换位置,对实际监测信号进行Ramanujan周期变换来分离出早期故障特征。采用IMS轴承数据集对所提出的方法进行了验证,结果表明所提出的方法能够在强背景噪声下高效且准确地提取滚动轴承的早期故障特征。

关键词：滚动轴承仿真模型 Ramanujan周期变换早期故障特征提取

面向机器人精密装配的高精度圆片位姿视觉检测

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机械工程学报 2023年第8期59卷 50-59页

作者：王斌吴丹盖宇航清华大学机械工程系北京100084

为了引导机器人精密装配过程的轴孔自动对中,提出一种高精度圆片位姿视觉检测算法。根据圆片的几何性质,对采集图像进行圆片轮廓提取、上表面轮廓椭圆检测和亚像素精度优化,从而获得能高精度拟合圆片上表面的轮廓椭圆方程。基于该椭圆方... 详细信息

为了引导机器人精密装配过程的轴孔自动对中,提出一种高精度圆片位姿视觉检测算法。根据圆片的几何性质,对采集图像进行圆片轮廓提取、上表面轮廓椭圆检测和亚像素精度优化,从而获得能高精度拟合圆片上表面的轮廓椭圆方程。基于该椭圆方程,利用圆锥曲线透视投影原理建立了从2D椭圆到3D空间圆的位姿转换数学模型,可以根据圆片表面轮廓椭圆方程和圆片半径解算圆片上表面圆心坐标和圆片轴线方向向量,并提出两个轮廓点筛选准则以消除图像中部分非高斯噪声的干扰。针对位姿解算的二义性问题,提出一种利用圆片下表面圆心重投影的二义性消除方法,其优势在于无需增加环境约束。仿真分析和视觉检测实验结果表明,所提出算法鲁棒性好且检测精度达到:圆片上表面圆心的x,y轴位移检测精度0.01 mm,圆片轴线方向向量的角度检测精度0.7°。

关键词：位姿检测圆片椭圆检测亚像素二义性

基于区块链的机械产品数字孪生本体模型协同演进方法

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计算机集成制造系统 2023年第6期29卷 1781-1794页

作者：郑孟蕾田凌清华大学机械工程系北京100084

为了解决机械产品数字孪生体演进信息同步的基础技术问题,针对多源异构的演进内容和信任可变的协作背景,提出一种基于区块链的机械产品数字孪生本体模型协同演进方法。通过基于本体的表示和封装技术将模型演进信息转换为标准文本数据,... 详细信息

为了解决机械产品数字孪生体演进信息同步的基础技术问题,针对多源异构的演进内容和信任可变的协作背景,提出一种基于区块链的机械产品数字孪生本体模型协同演进方法。通过基于本体的表示和封装技术将模型演进信息转换为标准文本数据,在此基础上设计区块构建方案,结合共识算法同步更新授权网络中的各节点模型,通过基于区块链的分布式存储保证所有建模操作互信可溯,并支持冲突识别和轻量发布。将所提方法应用于直升机某离合器的研发过程,取得了良好的效果。

关键词：数字孪生机械产品模型演进协同建模本体模型区块链

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基于自适应柔顺控制的航天器部件装配

清华大学学报:自然科学版 2023年第11期63卷 1808-1819页

作者：陈书清李铁民清华大学机械工程系北京100084

利用机器人技术完成航天器部件的装配任务,是中国航天领域的研究重点。仅依靠位置控制完成装配任务时,装配误差的存在会导致航天器部件存在较大的接触力,从而破坏航天器部件的表面质量和表面涂层,进而影响航天器部件的服役寿命。因此,... 详细信息

利用机器人技术完成航天器部件的装配任务,是中国航天领域的研究重点。仅依靠位置控制完成装配任务时,装配误差的存在会导致航天器部件存在较大的接触力,从而破坏航天器部件的表面质量和表面涂层,进而影响航天器部件的服役寿命。因此,在装配过程中需要使用柔顺控制来调控接触力。目前,在机器人装配中应用的柔顺控制方法需要依据经验设定控制参数,而2个装配体之间的接触力与控制参数密切相关,这会导致接触力不可控。为避免接触力过大,该文提出了一种柔顺控制方法,通过装配过程中的接触力和状态信息,根据不同环境刚度自适应地调整柔顺控制的目标位置和控制参数。为了验证此方法的可行性,该文进行了仿真和实验研究,并与位置控制和经典的导纳控制进行比较,实验结果表明:该文提出的方法具有收敛速度快、残余接触力小、可自动调节控制参数等优势。该方法为航天器部件的机器人自主装配奠定了理论和技术的基础,并有望应用于实际航天器部件装配任务中。

关键词：自适应柔顺控制航天器部件机器人装配接触力