基于点云的马鞍形焊缝提取和轨迹生成方法

马鞍形焊缝自动焊接存在焊缝难以识别定位以及焊枪姿态难以规划的问题,为了实现马鞍形焊缝的自动焊接,选取实际装配的管类交叉结构件作为研究对象,提出一种基于点云的马鞍形焊缝识别与规划方法。根据马鞍形焊缝的空间语义特征,提出基于法向量和空间距离的紧耦合约束的方法提取焊缝关键点,之后用三次B样条曲线对关键点进行近似拟合,得到最终的空间焊接曲线。实验表明,提取出的焊缝轨迹与真实轨迹相比,最大误差为068mm,最大均方根误差为029。该方法具有较高的精度和鲁棒性,可满足实际焊接的需求。此方法的实用性不仅局限于马鞍形焊缝,也能处理其他具有曲线变化的焊缝。     

新型波浪能发电装置的运动学分析

以开发利用海洋中的波浪能为要求,本文设计了一种漂浮式波浪能采集装置的新型波浪能发电系统。描述了装置的工作原理。并采用UG软件仿真对装置进行了运动学分析,仿真计算了该装置不同速度输入函数和恶劣海况条件下的传动性能,对传动过程的传递效果进行验证。研究结果表明:实验装置附加各类常见速度函数工作状态正常。实用性能高,对海况条件有较好的适应性。仿真效果与理论计算有较好的一致性,对漂浮式波能发电装置理论研究具有指导意义。     

漂浮式波浪能发电装置的水动性能分析

针对海况对波浪发电装置的影响,本文创新性地设计了一种新型漂浮式波浪能发电装置并描述了其工作原理。以该装置为基础并对装置波浪能采集部分建立了仿真分析模型。基于AQWA水动性能计算机软件,计算了装置中漂浮浮体在不同吃水深度、不同尺寸大小的RAO值,以及波浪波向和波浪周期对装置整体的时域响应。发现浸水达到1.3~1.4 m、漂浮体直径在2.8 m时RAO值达到理想值,当波浪推进方向在25°、波浪周期为3 s时浮体整体振幅较大,对波浪能采集效率有较大提高。     

基于工艺设计的无线远传水表自动化装配设备研制

传统水表制造由人工装配完成,存在生产周期长、生产效率低、生产费用高等问题。分析了水表的结构组成和各零件之间的相互配合,以国内主流的无线远传水表为例,设计了一款由6个设备组成的自动化装配生产线。完成了生产线的整体布局和物料在各个设备之间的流转,经过现场安装和运行调试,实现了自动化生产装配线的可靠稳定运行。有效提高了生产效率和装配精度,适应企业产业升级的需求,为自动化生产装配线提供了设计新思路,具有实际借鉴意义。     

串联死区算子的压电微夹钳PI迟滞模型

针对Prandtl-Ishlinskii(PI)模型要求被描述对象的初载曲线为凸函数,且模型与其逆模型都应关于算子中心对称的不足,通过引入死区算子对PI模型进行改进,以使其更好地描述具有非凸、非奇对称的压电陶瓷材料的迟滞特性。基于实测的压电微夹钳初载曲线,采用等分阈值方式,并通过使改进PI模型与实测初载曲线间的误差函数为最小,辨识出改进PI模型的参数,建立了压电微夹钳的迟滞模型。实验结果表明,在微夹钳15.2μm的最大位移范围内,模型误差的变化范围为-0.310~0.156μm,所建模型能很好地描述压电微夹钳的迟滞特性。     

谐波驱动柔性臂系统耦合动力学建模及辨识

为研究谐波驱动的柔性臂系统耦合动力学建模问题,分别进行了谐波驱动模型的参数辨识和柔性机械臂振动特性的耦合动力学模型辨识。通过阶跃电流激励和低匀速转动实验辨识出了关节的库伦摩擦力,在伪随机二进制信号的激励下,辨识得到了包含驱动系统转动惯量和黏性摩擦因数的驱动传递函数模型,将其与实际结构系统比较验证了此模型的准确性。理论分析了振动耦合力矩和柔性臂应变输出电压之间的线性关系,辨识得到了从电机转动角位移到柔性臂应变电压输出之间的传递函数,其输出在时域和频域上都与实际系统比较吻合,说明了建立的传递函数模型对于实际系统的适用性。综合两个辨识得到传递函数模型,实现了对谐波驱动的柔性机械臂系统的耦合动力学建模。     

压电尺蠖直线电机的设计

为实现大行程、高分辨率精密驱动,该文提出了一种压电尺蠖直线电机的设计方法。首先,基于尺蠖运动原理,对电机进行了结构设计,它包括左、右箝位机构、驱动机构和输出轴,左、右箝位机构结构相同,用来对输出轴交替箝位与释放,驱动机构可以微米级及纳米级地步进输出位移,在左、右箝位机构及驱动机构的共同作用下,输出轴可连续输出大行程直线位移,该电机结构简单紧凑,便于调节,并可断电自锁;其次,采用有限元法对箝位机构及驱动机构进行了仿真分析,初步获得了电机的静、动态特性;最后,基于所搭建的实验系统,对电机的静、动态特性进行了测试。结果表明,在5mm的运动范围内,电机输出位移具有良好的直线性;在50 Hz的驱动电压作用下,电机运动速度为59.1μm/s;电机输出位移具有较高的分辨率,达到21nm。     

可调延时自闭水嘴的阀芯设计与优化

为实现可调延时自闭水嘴在满足节水条件下的性能稳定可靠,设计了一种多口阀芯。基于孔板节流原理对水嘴流量特性进行分析,得到满足节水条件的阀芯结构参数,然后利用Fluent对水嘴内部流场进行模拟仿真,分析其内部流场特性,并对阀芯入口倾角进行优化设计,改善了水嘴内部流场特性。结果表明:在实际工况下对阀芯的定流量设计,能保证水嘴的节水要求,具有较高的实用价值。阀芯入口倾角在25°时,水嘴的性能最佳,为下一步延时部分的研究提供了理论依据。     

综合模态H2范数下致动器/传感器的优化配置

致动器/传感器的优化配置问题是智能柔性结构振动主动控制中的关键技术问题,基于模态空间H_2范数研究了智能柔性梁系统中压电致动器/传感器的优化配置问题。根据Rayleigh-Ritz理论建立了系统的动力学方程并得到其状态空间表达式。提出了一种衡量系统能控/能观性并考虑模态权重的综合模态H_2范数准则,采用改进遗传算法研究系统中并置致动器/传感器的优化配置问题,得到了系统多个模态、综合模态H_2范数最优的致动器/传感器布局结果。实验结果表明,利用优化结果进行致动器/传感器的布局,系统单个模态和综合模态均具有较好的检测和控制效果,被控模态具有较好的能控/能观性,所提出的优化准则和优化方法是可行的。     

宏压电纤维致动的水下推进器性能及机理

提出了一种宏压电纤维复合材料(macro fiber composite, 简称MFC)致动的仿鲹科身体/尾鳍(body or caudal fin,简称ＢＣＦ)水下推进器。利用搭建的实验平台测试了不同驱动电压条件下推进器的摆动性能,推进器在峰峰值为1 000 V,频率为17.7和3 Hz的激励电压下分别取得空气中最大摆幅峰峰值为45 mm,水下最大摆幅峰峰值13 mm。借助计算流体力学(computational fluid dynamics,简称ＣＦＤ)研究了仿生推进器在稳定摆动过程中流场特性和尾迹旋涡的分布情况,从推进器端部观察到的“反卡门涡街”结构揭示了仿生推进器的流体动力学机制和摆动式推进机理。推进器端部在x方向上的平均推进力可达1.5mN。研究成果对压电纤维致动器在仿生推进器的优化设计和提高其推进效率提供技术支持