基于极点配置算法的下肢康复机器人控制系统设计

针对目前下肢康复机器人控制系统设计时,存在的参数配置复杂、忽略踝关节的康复训练等问题,提出了一种基于极点配置算法的下肢康复机器人控制系统。根据下肢关节机械结构非线性运动,采用极点配置算法设计控制器,通过z变换对设计的控制器进行离散化处理,在以ARM—M3为内核的STM32微控制器中实现位置闭环控制。STM32微控制器通过串口协议与上位机通信,实现触摸屏控制微处理器,从而控制下肢康复机器人的运动模式。并实时地把各关节的角度信号和作用力信号传输到上位机进行曲线显示。实验对8名被测者在不同减重比下的被动行走训练进行测试,通过分析关节角度曲线和关节驱动力曲线,该控制系统能够实现下肢康复机器人在不同康复训练模式下协调平稳的控制。并能满足一定康复训练要求。     

基于机器视觉的大尺寸工件自动测量系统

针对目前对于大尺寸工件二维形貌测量效率低、精度低的问题,设计了一种基于机器视觉的大尺寸工件二维形貌检测系统,主要包括硬件系统设计和软件系统设计。针对工件尺寸大的特点,利用光电编码器精确定位相机位置,将大尺寸工件分解为多个部分进行采集,建立坐标转换数学模型,实现大尺寸工件的尺寸测量;针对通用的直线/圆弧检测算法精度低的问题,设计了一种基于改进随机抽样一致性(RANSAC)的亚像素直线/圆弧检测算法,可以得到精确的直线/圆弧方程。实验结果表明:设计的系统算法精度高,稳定性好。     

下肢康复机器人的运动控制设计

因下肢康复机器人结构设计的差异性,导致了其控制方法的多样化。针对本文的下肢康复机器人,提出了一种简单的控制方法使其沿规划轨迹进行运动。为进行控制器的设计,需要先求得机器人系统的固有传递函数。通过分析发现该系统为非线性系统,利用实验的方法近似求得其传递函数,从而转化为线性系统的控制问题。之后利用极点配置法将系统配置为一个临界阻尼二阶系统,逆推求得系统控制器的传递函数。通过对机器人的髋关节运动控制系统进行测试,测试结果表明:设计的控制器能够很好地满足实验要求。     

超高压对低密度聚乙烯与乙醇相互作用的影响

目的研究超高压对薄膜结构及性能的影响,以及超高压作用下薄膜与食品模拟物的相互作用。方法选择低密度聚乙烯包装袋为研究对象,以体积分数为10%和95%的乙醇作为低密度聚乙烯包装内的食品模拟物。在超高压装置中,分别进行压力为200,300,400 MPa,保压时间为5,15 min,介质温度为20,60℃的处理,放置7,14,21 d后检测膜的结构和性能变化,以及内容物的不挥发物总量变化。结果压力和温度的提高会使链段运动增强,导致低密度聚乙烯薄膜的结晶度变大,同时拉伸强度也变大,但并不显著;压力与氧气透过率的变化成反比,体积分数为95%的乙醇溶液内容物的低密度聚乙烯,其氧气透过率低于体积分数为10%的;内容物的含量对不挥发物总量也会产生较为显著的影响,含量越大,不挥发物的总量越低,迁移量越小。结论压力、温度和内容物含量的变化都会对低密度聚乙烯和乙醇的相互作用产生影响。     

射频杀菌对PE、PP包装材料外观及力学性能的影响

研究射频(Radio Frequency,RF)处理对常用包装材料的影响,为射频场下食品包装材料的选择提供参考。本文研究了射频处理时间(1、2、3、5、7 min)对不同包装材料外观及力学性能的影响。其中内装物选择水、体积分数3%乙酸、体积分数15%乙醇、橄榄油作为四种食品模拟物,外包装材料选择聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)。结果表明,PE和PP包装材料分别在射频处理3、5 min后,包装件的边缘出现熔化现象。对射频处理后的包装件进行力学性能测试表明,随着射频处理时间的增加,两种被测材料的拉伸强度、断裂伸长率、杨氏模量均未出现显著变化趋势,表明射频处理不会对这两种塑料薄膜力学性能造成影响。     

纳米多晶铜单点金刚石切削亚表层损伤机理

基于Poisson-Voronoi和Monte Carlo方法构建了多晶铜分子动力学模型,研究了纳米切削中多晶铜材料去除、切削力变化及晶界与位错间的相互转化机制。研究结果表明：晶界的阻碍作用使得切屑流向发生了改变,并在已加工表面形成凹槽和毛刺;切削过程中晶界前方材料变形能的逐渐积聚及晶界的最终断裂,造成了切削力发生由最大峰值到最小谷值的大幅波动;晶界附近的材料去除经历了材料变形积聚、位错穿越晶界、晶界转变为位错及晶界最终断裂等过程。通过详细分析多晶铜纳米切削中位错与晶界间的演化过程,揭示了晶界与位错间的相互转化机制,丰富了多晶铜亚表层损伤机理的内涵。     

用于储能的复合定形相变材料的制备与性能研究

以泡沫聚合法制得的超多孔水凝胶(SPH)为基材,季铵盐类离子液体(ILPCM)为相变材料,氧化石墨烯(GO)为添加剂,制备了一种新型的复合定形相变材料(GO-ILPCM/SPH),且对其性能进行了表征。研究结果表明:SPH是一种潜在的复合定形相变材料的基材,可负载较多的ILPCM,质量分数最高可达约85%。GO-ILPCM/SPH是一种优良的储能相变材料,具有适合冷藏产品的相变温度4℃及较高的相变潜热(约150J/g)。制备的复合定形相变材料具有较快的储热和放热速率,适当地添加GO一类导热性高的物质,可提高其相变储热和放热速率,进而在应用中提高热能利用效率。     

基于直线截距直方图的Arimoto熵或Arimoto灰度熵的食品图像分割

食品生产中涉及到的食品种类繁多且必须满足国家相关食品安全标准,为此要求食品图像分割方法必须速度快、准确性高、普适性强。利用基于二维Arimoto熵或二维Arimoto灰度熵的阈值选取方法对食品图像进行分割,算法复杂度高,难以满足实时性要求。针对这一问题,提出基于直线截距直方图的Arimoto熵或Arimoto灰度熵的食品图像分割方法。首先给出直线截距直方图的定义,然后根据此定义建立图像的直线截距直方图,最后计算基于此直线截距直方图的不同灰度级的Arimoto熵或Arimoto灰度熵,当该熵达到最大时,对应的灰度级即为图像的最佳分割阈值。针对此方法,对多种食品图像进行了大量的试验,通过与现有的基于一维和二维Arimoto熵、Arimoto灰度熵的分割方法对比,发现本文方法在综合提升算法速度和改善分割效果上,性能更优。     

基于摩擦耗能原理的抑振镗杆

讨论了摩擦耗能镗杆的原理,建立了有非线性库仑干摩擦环节的力学模型,并以摩擦参数为变化量,通过数值分析的方法考察了模型的吸振效果。研制了一种基于摩擦减振的新型镗杆,结合颤振发生的机理与切削稳定性理论,分析了不同摩擦条件下镗杆的抑振效果。将不同摩擦条件下的镗杆切削实验结果与理论模型仿真结果进行对比,发现在既定的摩擦阻尼器中,有滑动摩擦与粘接两个状态,而且存在一个最优正压力使得滑动摩擦消耗能量达到最大值又不处于粘接的状态,此时系统抑振效果达到最佳。切削实验发现基于摩擦减振原理的镗杆有良好的颤振抑制效果。      

分布式内冲液对多孔质电极电火花加工性能的影响

对分布式内冲液条件下的多孔质电极电火花加工性能进行了实验研究。实验结果表明,采用分布式内冲液方法能够达到充分降低极间蚀除产物浓度的目的,不仅可代替抬刀和平动方法,而且可采用较小的脉冲间隙以较大的占空比进行加工,获得较高的加工效率;对冲液流量影响的研究发现,随着冲液流量的增大,在冲液降低极间蚀除产物浓度和冲液干扰等离子体放电通道的双重作用下,加工材料去除率曲线变化呈现双峰值特征。通过获取极间电压和分析长连续开路时间对加工总时间的占比可知,冲液流量在增大过程中,首先使极间蚀除产物浓度降低至理想水平,再使等离子体通道扰动达到理想水平。