包含多重嵌套封闭环的平面切割建模与优化EI北大核心CSCD

为解决在平面图形切割领域中采用不同的切割顺序以及切割起止点导致切割路径空行程相差甚远的问题,提出一种包含多重嵌套封闭环的平面切割路径优化算法.首先提出一种多重嵌套封闭环识别子算法,并以四向链表节点为基础构建包含多重嵌套封闭环的平面切割路径模型;然后考虑各封闭环的几何特征以及彼此之间的关系,将切割路径优化问题转化为多个关联的动态旅行商问题组合;最后通过逐层多次调用禁忌贪婪算法对切割路径进行优化求解,在优化中同时考虑封闭环之间的切割顺序及各封闭环切割起止点的选择.仿真实验结果表明,该算法对包含多重嵌套封闭环的平面切割路径建模和优化是可行和有效的.     

一种2R1T类球面并联机构的瞬时速度分析

对一种2R1T（R表示旋转,T表示平移）的类球面并联机构进行了瞬时速度分析. 由于机构的动平台中心与基座中心始终关于过3个球关节的平面对称,利用几何法很容易获得动平台的位置解,然而机构的瞬时速度的计算则相对复杂,尤其是角速度的计算严重依赖姿态矩阵或完整雅克比矩阵的正确求解,并且计算效率低、容易出错. 为此,采用Riemann对称空间理论方法,从机构子链旋量系的对称性出发,建立各子链关节运动的约束,从而简化机构动平台瞬时速度的计算,机构所有可能的瞬时速度组成了一个线性空间,这个空间的基正好解释了机构的瞬时自由度. 最后,给出算例验证了该方法的正确性和有效性. 通过ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems,机械系统动力学）软件仿真与理论计算对比,角速度误差控制在-0.004~0.006 rad/s以内,线速度误差控制在-0.01~0.015 mm/s以内,采用对称空间理论方法计算瞬时速度用时5.187 s.     

双SCARA机器人异型插件系统设计

为了提高异型电子元器件装配的自动化水平,减少电子制造业中的工序数量和生产设备的占用空间,将两个SCARA机器人置于同一工作单元内,结合机器视觉设计了一种双SCARA机器人异型插件系统.详细介绍了硬件系统的主要部件,并根据插件作业实际需求和工作流程特点,以面向对象的C++为编程语言,基于Qt Creator设计了系统软件.此外,提出了异型元件和PCB的视觉检测方法.最后,设计了双SCARA避碰仿真实验、异型元件检测实验及插件实验,结果表明,本系统能完成异型元件的插装,对异型元器件的快速插装和多机器人系统的研究具有较大的参考价值和实用意义.     

基于响应面法的立式加工中心动静态多目标优化

为了满足在保证加工中心初始动静态刚度的条件下达到整机轻量化的要求,提出基于质量和第一阶固有频率为目标函数的整机多目标优化设计方法.将有限元分析和模态试验相结合,测试和分析整机动态特性,确保有限元模型精度.通过中心复合设计的试验方法选取合适的结构有限元分析样本点,在ANSYS仿真软件中对样本点处的整机动静态特性进行计算和...     

火星壤采样探测技术研究进展与发展趋势

在火星探测任务中,火星壤探测的有效性和重要性突显了对火星壤采样探测技术的迫切需求.对人类至今为止的45次火星探测任务进行了集中化和图形化综合,阐述了四种火星探测方式:飞掠探测、环绕探测、着陆原位探测和着陆巡视探测.在阐述了各国/机构的火星壤采样探测技术及设备的工作机理、参数性能和发展现状,以及各国未来的火星探测计划的基础上,对目前已采用的火星壤采样探测方法进行了对比、分析及评价,并阐述了六种火星壤采样探测方法:铲挖式、钻取式、穿透式、鼹鼠式、研磨式和爪簧式.进一步对火星壤采样探测面临的地球资源约束、火星环境约束、火星地质约束和通讯时延约束四类关键技术难点和挑战做出了分析.最后,对火星壤采样探测技术的范围扩大化、需求多样化、策略长远化和实现智能化四类发展趋势做出了展望.     

基于复合优化方法立式数控加工中心的多目标优化设计

为实现加工中心动静态性能不低于优化前性能,达到整机重量最轻的要求,本文提出了一种复合优化方法来研究多变量、多约束和多目标的数控加工中心优化设计。采用有限元分析和实验模态测试方法分析各大件动态性能,并验证了有限元模型的精确性。然后以该有限元模型为基础进行静态分析,得出各大件的最大变形及应力等。以柔度为目标,采用变密度法拓扑优化设计立柱结构的外形框架;以固有频率为目标,基于元结构的可适应性动态优化方法设计加工中心的筋板结构;以固有频率和质量为目标,基于响应面法的尺寸优化确定各结构的最优尺寸。最后将优化后的各大件进行整机装配,分析校核整机动静态性能。分析结果表明,优化后的整机在保证加工中心动静态性能的条件下,整机质量从12749kg减少到12127kg,减重达到4.9%,达到了整机的优化设计要求,说明该方法具有较高的精度和较强的工程实用性。     

构形可变移动机器人的构形评价、优选及变换规划

为提升移动机器人对环境的适应能力,提出了一种适用于车体构形、轮距和轮向可变的轮式移动机器人的构形评价、优选和变换规划方法。该方法以转弯所需半径、通过宽度和稳定角为指标评价不同构形下机器人的移动性和稳定性,然后构建权系数多目标模型从构形集合中优选与环境特征匹配的构形,再将任意两构形之间的变换规划转化为网络路径搜索问题来求解耗能最少的变换路径。最后,通过实验验证了所提评价指标、构形优选以及变换路径规划方法的合理性和有效性。研究结果可为此类构形可变轮式移动机器人的设计分析和运动规划提供指导或参考。     

三维气动软体驱动器弯曲建模与分析

为设计弯曲性能优越的三维气动软体驱动器,针对单腔通气时驱动器的弯曲变形机理,展开了弯曲特性的研究。首先基于Yeoh模型的能量密度分布函数,结合驱动器弯曲时的静力平衡方程,建立驱动气压与驱动器弯曲角度变形的非线性数学模型;其次,通过数学模型分析气腔半径、中心圆半径以及壁厚对弯曲的影响,并通过建立单目标多约束优化模型寻找最优尺寸组合;然后通过有限元仿真,进一步研究两腔通气时驱动器弯曲角、偏转角与末端点坐标的变化规律。最后通过对比理论模型、有限元仿真、样机试验的数据。结果表明:在60kPa气压的范围内,理论结果、仿真结果与试验结果的表明上述分析参数对弯曲影响的趋势保持一致,从而验证了理论模型的正确性。上述研究为设计气动软体弯曲驱动器提供了可靠的理论基础。     

带缺口的玻璃纤维筋拉伸破坏行为研究

为了揭示带缺口的玻璃纤维筋拉伸破坏机理,预估其破坏规律,文中基于剪滞理论,建立一种对单向玻璃纤维筋划分各单层为有限子单元的剪滞分析模型,分析含表面缺口的玻璃纤维筋在拉伸载荷作用下的应力重新分布问题,获得表面缺口附近完整纤维的应力集中因子。在此基础上进一步采用细观破坏理论,研究缺口纤维筋的拉伸破坏强度。最后与试验结果进行对比,说明文中的模型和分析方法的可行性和有效性。     

仿生攀爬机器人的步态分析

面向农业、林业和建筑等领域的高空作业,提出一种具有攀爬和操作功能的双手爪式模块化仿生机器人,以期代替人们在高空复杂环境中从事危险工作.给出机器人的一种5自由度构型,分析其在空间两杆之间攀爬过渡的能力,然后根据其构型特征提出、分析和比较三种攀爬步态.在ADAMS仿真环境下,对机器人采用这三种步态攀爬各种方位的杆件时主要关节所需的力矩和机器人所消耗的能量进行计算和对比.仿真结果为机器人的攀爬步态规划提供了依据.