基于傅立叶分析的直齿圆柱齿轮参数测量

研究了采用数字图像处理技术对直齿圆柱齿轮几何尺寸进行非接触式测量。提出了基于傅立叶分析的直齿圆柱齿轮参数测量方法。实验证明：傅立叶分析对于直齿圆柱齿轮的快速、自动测量非常有效。     

基于应变模态的液压卡箍松动识别与定位

针对液压管路卡箍松动故障,提出一种基于应变模态变化的卡箍松动识别与定位方法。利用有限元仿真对卡箍在正常安装与松动情况下管道固有频率及应变模态进行分析,并设计基于光纤光栅的应变模态实验测量系统,获取卡箍松动前后的固有频率与应变模态振型并分析其变化规律。结果表明:卡箍松动导致固有频率下降,低阶应变模态振型发生变化,且松动位置附近变化最为显著。根据固有频率与实验应变模态振型的变化可对卡箍松动故障进行识别与定位。     

基于分布应变的薄板变形重构算法研究

针对薄板变形重构问题,结合应变与曲率、曲线与曲率的关系,提出了一种带误差补偿的曲率积分递推算法。根据累计误差的特点,给出了误差补偿系数的选取方法,以及误差补偿因子的优化原则,通过选取合适的补偿因子,获得一组与补偿因子相对应的补偿系数。建立600mm×200mm×2.45mm的铝合金薄板模型,通过仿真和实验分析,提取薄板上一条变形曲线的分布应变数据和变形数据,采用带误差补偿的曲率积分递推算法对试验数据进行重构,并引入均方根误差(Root mean square error,RMSE)评判算法在不同分段数和不同载荷情况下的重构精度。结果表明,提出的带误差补偿的变形重构算法可以精确地重构薄板的变形曲线,重构误差及相对误差均比较小。并且在载荷相同的条件下,分段数越多,所提出的曲线重构算法的重构精度也越高。     

面向机械臂3D打印的曲面分区算法

多自由度机械臂3D打印能够突破传统平面分层熔融沉积3D打印工艺单一模型生长方向的限制,支持多方向打印。曲面分层和分区规划是机械臂打印的前提。对于具有多支柱结构或曲面变化率较大的模型经过曲面分层后,会呈现出多岛屿的曲面结构特征。传统的基于空间与平面映射关联的分区方法及基于曲面曲率特性的分区方法存在点面信息丢失、区域关系无法准确构建、子区域数量过多、区域划分不合理等问题。针对这些问题,提出基于曲面分层的复杂多岛屿分区方法。通过遍历每个曲面层信息,判断需要分区的曲面层;采用广度优先搜索算法提取同一封闭区域内的点面信息以及轮廓信息;依据原曲面层点面信息的关联将新存储的面片信息进行更新组合成新的曲面完成区域划分。最终,对具有多支柱结构和外表面凹凸变化较大的两种模型进行分区,路径规划的仿真及机械臂3D打印实验证明了该分区方法的可行性。     

一种自动翻转吊卡的研制

传统手动吊卡采用全手工操作,操作人员劳动强度大,安全性低。为此,研制了自动翻转吊卡,并对关键部件翻转机构进行了优化设计。首先根据几何空间要求确定了需要优化的参数,然后将设计的虚拟模型导入到Admas软件中进行运动学和动力学仿真。通过分析确定了最优点,并依据最优点加工了自动翻转吊卡。实验证明,翻转机构可以很好的实现吊卡翻转,仿真结果与实验结果误差较小。     

一种基于光纤光栅的非接触式转速测量方法

提出了一种基于光纤光栅的非接触式转速测量方法。将永磁体与磁性材料之间距离-磁力的关系应用于转速传感中从而实现了非接触式转速测量,使用光纤光栅作为传感器件克服了电子类和光学类转速传感器抗电磁干扰能力差、对测量环境要求高的缺点。实验证明该方法是可行的。     

极线约束下的多分辨率相关匹配算法

针对计算机视觉在几何测量应用中图像匹配特点,提出了将多分辨率和极线约束与相关法相结合的图像匹配方法.该方法采用金字塔分层和极线约束来弥补相关匹配带来运算量大的不足,克服了图像匹配中精度低的缺点.通过计算机视觉在几何测量检测系统中图像匹配的实际应用,验证了该算法具有较高的测量精度、速度及其实用性.     

光纤光栅与人工智能融合的形状自感知穿刺针

手术机器人可以通过术前路径规划避免重要组织受到损伤,且具有较高的操作精度,因而被广泛应用于穿刺活检手术之中。目前手术机器人在穿刺针形状信息准确实时获取方面存在不足,无法实现穿刺过程中自主避障以及精准的靶点操作。因此研究穿刺针形状感知方法,可为手术机器人自主/主从穿刺提供形状信息反馈,对于提高穿刺手术的安全性与准确性有着重大意义。鉴于此,提出了一种融合分布式光纤光栅传感技术和人工智能的形状自感知穿刺针。利用机器学习算法,对静态标定实验获取的不同弯曲状态下光纤光栅的中心波长数据与形状数据进行训练,得到了光纤光栅中心波长漂移量与形状函数及弯曲方向角之间的神经网络模型,进一步调用该神经网络模型,实现穿刺针的三维形状重构;测试结果表明,穿刺针针体的形状重构最大误差值为0.90 mm,弯曲方向角的最大误差为5.03°。在动态性能验证实验中,形状重构最大误差值为0.84 mm,弯曲方向角的最大误差为1.02°,进一步验证了模型的可靠性。因此所提出的形状自感知穿刺针能够精准实现形状信息的实时获取,从而在手术机器人自主穿刺和主从操作过程中针体形状感知与调控方面具有广阔的应用前景。     

水平井牵引机器人越障机构分析

为满足水平井开采需要,研究并提出了一种轮式水平井牵引机器人的越障机构,该机构包括齿轮齿条和柔性支撑单元等组成部分。通过对越障机构数学模型的分析和采用ADAMS虚拟样机软件对其进行运动学及动力学仿真试验,证明了越障机构能够确保机器人适应井径变化,越过井管中的障碍物,将测井仪器及井下工具运送到指定位置。在保证封闭力相同的条件下,管径不同所需弹簧力不同,在直径139.7mm的管道中所需的弹簧力最大;驱动轮直径越小,支撑臂越短,所需要的弹簧力越小。     

改善脆性材料传动轴疲劳强度的方法

传动轴脆性疲劳断裂的突发性和难以预测一直是造成恶性事故的重要原因.通过简单介绍脆性疲劳断裂的特征,断裂力学机理,表明脆性材料所能承受的拉应力及拉应变较低是造成脆性断裂的根本原因,并说明了一种针对这些原因的新方法,即采用抗拉材料提高脆性材料传动轴的疲劳强度,阐述了这种方法在工艺上的可行性及存在的优缺点.