月球软着陆避障段定点着陆导航方法研究

我国正在实施月球软着陆工程,月球软着陆避障段是着陆器动力下降过程的关键阶段.在该阶段,导航系统除了需要提供着陆器的位置、速度和姿态测量信息外,还需要识别月表障碍、寻找安全着陆点并将着陆器导引到该着陆点.软着陆避障段的自主导航以惯性导航为基础,为了克服惯性导航的累积误差,并实现对安全着陆点的高精度相对导航,需要引入图像敏感器与测距仪的测量信息对惯导系统加以修正.为此,本文提出了一种基于图像信息的高精度相对导航方法,首先用图像处理技术选择着陆区,然后通过跟踪自主选择的特征点序列实现精确的相对导航.仿真计算表明,该方法能够有效地修正惯性导航误差,实现安全避障和精确定点软着陆.     

德州仪器创造全新数据转换器类别

日前,德州仪器（TI）宣布推出业界首款电感数字转换器（LDC）,该全新数据转换器类别可：降线圈及弹簧用作电感传感器,与现有传感解决方案相比,可在更低系统成本下实现更高分辨率、可靠性及灵活性、电感传感是一项非接触传感技术,不仅可用来测量位置、运动以及金属或导体目标的构成,而且还可用来检测弹簧的压缩、扩张与扭曲度.     

“嫦娥三号”降落区溅射物空间分布关系

针对"嫦娥三号"着陆区溅射物与撞击坑间缺乏多尺度耦合关系解译的问题,提出了基于大小、频率和方向的空间分布关系量化表达方法。以"嫦娥三号"降落相机影像为基础,采用人工识别的方式,提取出直径大于0.1m的撞击坑2 564个,以及尺寸大于0.1m的石块2 363个。划分不同直径石块和撞击坑所在区域避免分辨率不均的影响,并通过方位角分区研究溅射物与方向的关系。结果表明,石块、撞击坑的数量随直径的增大而减小;"紫微"撞击坑的溅射是有方向性的;着陆点恰好位于2个溅射区之间,着陆区域主要分布直径0.5m以下的石块和撞击坑,相比于着陆区周边,该区的地形较为平坦。     

基于序列图像的月球着陆定位计算方法研究

针对月球着陆器计算机视觉着陆点定位系统的需求,提出了一种基于图像序列的月球着陆器着陆点定位计算方法。该方法以SURF(Speeded Up Robust Features)图像特征点提取算法为基础,通过最小二乘法迭代逐步消除误匹配点对,最后计算得到着陆器着陆时所拍摄的图像在有经纬度坐标的月面图像中的位置,并对着陆点误差进行分析以达到精确定位着陆点的目的。仿真实验使用两种月面仿真图像序列,结果表明该方法匹配准确度和稳定性较高,可以达到工程应用要求。     

预冷器在水压试验中管板严重变形原因

为确定高压原料天然气预冷器在水压试验中严重变形的原因,利用ANSYS得到受接触约束的换热管的临界失稳载荷,并将换热管简化为非线性弹簧单元,完成预冷器在换热管失稳后的水压试验过程的数值模拟。数值结果与水压试验数据吻合良好,表明换热管的失稳是水压试验中管板严重变形的主要原因。研究成果可为改进预冷器的设计提供参考。     

压电微固体模态陀螺的安装技术

压电微固体模态陀螺（ PMMG）利用压电PZT长方体的某高阶共振模态作为参考振动,是一种抗冲击、抗震动能力强的新型全固态陀螺。获得优化的参考振动振型对提高陀螺性能至关重要,但是大多数文献都没有涉及到封装对参考振动的影响。利用有限元方法（ FEM）分析了压电振子安装时支撑点位置与接触面积对参考振动的影响,分析结果表明：相对于接触面积的变化,支撑点位置的变化对陀螺参考模态的影响更大。该研究结果为压电微固体模态陀螺的安装方法提供了理论基础。     

接触作业型飞行机械臂系统的力/位置混合控制

针对飞行机械臂系统移动接触作业问题,使用了一个力/位置混合控制框架,用以控制飞行器系统持续可靠地接触外部环境同时保持一定大小的接触力,并实现在接触过程中的期望轨迹跟踪.首先将作业空间分成2个子空间--约束空间和自由空间,并分别进行力控制和位置控制.对于力控制问题,证明闭环无人机系统是一个类弹簧-质量-阻尼系统,然后在约束子空间中设计逆动力学控制器来实现接触力控制.自由飞行空间中的运动控制依靠轨迹规划和位置控制器来实现.最后,开发了基于六旋翼飞行机器人的单自由度飞行机械臂系统,在飞行状态下进行接触墙面并跟踪倾斜直线轨迹的实验.结果显示本文所使用方法能够保证在平稳移动的同时控制期望的接触力.     

虚拟三维树叶变形的可视化研究

植物器官的真实感模拟和可视化表达,对于虚拟植物的研究和应用具有重要作用,针对植物的真实生长过程,为了仿真树叶在枯萎、老化过程中几何形态的变化,引入一种质点--弹簧模型的三维变形方法.对质点--弹簧模型的树叶网格模型的建立,确定了模型的关键因素:质点和弹簧;对模型中的质点确定,根据树叶在形态变化过程中受到的诸多外力因素和树叶本身的物理属性,进行了受力分析,建立了三维变形模型的微分方程,并进行仿真,并以点的位置变化来表现树叶形态的变化.实验结果与观察结果相近,说明质点--弹簧模型用于树叶的几何形态仿真具有可行性和有效性.     

一种改进型光纤压力传感器设计

针对现有光纤压力传感器压力监测范围小、灵敏度低、成本高的问题,设计了一种改进型光纤压力传感器。在悬臂梁粘贴一支应变光纤光栅,悬空一支温度光纤光栅（使其不受应力）。悬臂梁下方的限位罩将弹簧、波纹管压罩、波纹管罩于其内部,限位罩内侧上平面与弹簧上平面接触,弹簧下平面与波纹管压罩接触。当外界压力通过波纹管底部的管道到达波纹管时,高压使其产生轴向的形变,进而压缩弹簧,最终弹簧发生形变,将力传至悬臂梁,改变应变光纤光栅的受力情况。在单层波纹管增加了劲度系数更大的弹簧,以限制外界产生压力时单层波纹管发生形变,使波纹管与弹簧共同传递压力到悬臂梁。实验结果表明：改进后传感器的压力监测量程为0～5 MPa,相比改进前提升5倍,传感器的灵敏度为0.379 98 nm/MPa,测量误差在0.02 MPa之内。将改进后的压力传感器应用于某井下输水管道进行验证,结果表明：与高精度电子压力计测量结果相比,该传感器的压力解调误差在0.02 MPa之内。     

一种具有重力补偿的串联弹性执行器接触力控制方法

针对机械臂末端安装串联弹性执行器(Series Elastic Actuator,SEA)与环境或工件接触作业工况,考虑SEA端部负载对接触面压力随机械臂运动姿态变化的问题,研究一种具有重力补偿的SEA接触力控制方法。首先分析了一种基于滚珠丝杆模组的SEA与Staubli TX90 组合的力控制实验装置结构,建立了SEA与工件接触过程的动力学模型,提出了一种具有输入重力补偿的PD型SEA弹簧力控制方法,该方法在没有接触力传感器的情况下,依据机械臂关节角对SEA端部负载进行重力输入补偿,通过检测弹簧压缩变形量,计算并反馈弹簧力实现对接触力的控制。最后通过SEA与正弦面工件接触力控制实验,并对力传感器采集的接触力信号进行频谱分析,验证了所提出控制方法的有效性。     

再现软组织特性的小球作用模型

针对生物软组织的复杂物理性质,提出一种小球作用模型,该模型的小球间作用具有弹簧阻尼和直接接触2种形式.首先分别对2种小球作用形式进行物理建模,并求解模型中小球的位置变化量;然后以胆囊为实例,实现了虚拟现实环境中软组织在外力作用下的几何形变和切割特性的仿真.仿真实验结果表明,文中模型可以有效地反映软组织的黏性和准不可压缩性等性质,能够在虚拟手术中真实地再现软组织的生物力学特性.     

弯曲柔性立管段塞流致振动实验研究

随着深海战略的推进,海洋油气开采向深海挺进,越来越多的海洋立管投入使用.因油气输量的变化及海底地形起伏的影响,立管中经常出现气液两相段塞流,段塞流动的周期性变化使立管受到不稳定的流体力作用从而激发振动,造成立管的疲劳损伤.本文在气液两相流循环实验系统中开展了水动力段塞流诱导的悬链线型柔性立管振动响应测试,利用高速摄像非介入测试方法同步捕捉了柔性立管的振动位移与管内的段塞流动细节,研究了气液混合流速和气液比两个流动参数对柔性立管振动响应的影响,分析了振幅与振频的时空分布、管内液塞长度、压力波动的变化规律及它们间的内在联系.发现固定气液比时,随着混合流速的增大,柔性立管的振幅逐渐增大,但振动模态始终由一阶主导.液塞长度随混合流速的增大变化不明显,但压力波动随混合流速的增大愈发剧烈.固定气液混合流速时,随着气液比的增大,立管振幅逐渐增大,气塞和液塞长度也逐渐增大,进出口压差波动加剧,但压差平均值逐渐减小.     

甘蔗收割机液压系统最优控制规律的设计

甘蔗收割机行走机构的调速装置采用差压式变量泵与调速阀组成的容积调速回路,最优控制系统采用微分方程和状态方程描述,从时间推演的角度刻划系统的运动。采用最小值原理,找到了变量泵弹簧推力时间最短的最优控制轨线是一组同心圆族,控制信号的切换发生在过原点的切换轨线上。在最优控制作用下,弹簧推动定子以最短时间1.12秒达到平衡点,重新平衡的位置距离原点15.5毫米。仿真结果为进一步控制系统的设计提供了理论依据,并在样机试制中采用了该系统,论证了它的稳定性与有效性。     

压力表弹性元件的位移分析与计算

以扁平形弹簧管为例,对压力表中弹簧管在受载后的管端位移进行了分析,介绍了压力表中弹性元件的计算方法,计算结果与实数据相吻合。     

离散元-有限差分跨尺度耦合下桩与土体稳定性细观数值分析

为准确分析桩体宏观变形与周围土颗粒细观力学行为,采用离散元-有限差分的跨尺度耦合进行桩和土体接触过程中的稳定性分析,研究桩下沉过程中周围土体的细观变形、应力分布和桩体自身变化情况,通过FLAC3D建立桩和外部土体有限差分网格单元,对桩周围侧土体应用PFC3D离散元建立土颗粒微观结构模型.研究结果表明:离散元与有限差分耦...     

局部凹陷和偏心对接对海洋立管疲劳寿命影响的数值分析

针对涡激振动导致的干涉碰撞及焊接时产生的偏心会降低海洋立管疲劳寿命的问题,用S-N法计算局部凹陷、偏心对接分别作用以及二者共同作用下海洋立管的疲劳寿命.在偏移位置、局部凹陷位置和过渡区域长度确定的情况下,偏移幅值和局部凹陷幅值越大,过渡区域的应力越大,寿命越小;在偏移幅值、局部凹陷幅值和过渡区域长度确定的情况下,过渡区域距海洋立管中部越近对过渡区域的应力及寿命影响越大.     

基于模拟退火模型及蚁群算法模型的嫦娥三号着陆轨道设计

通过分析相关材料,得出解决此题的关键是确定嫦娥三号在软着陆轨道6个阶段的初始状态信息。首先构造模拟退火模型来求解,得出嫦娥三号软着陆轨道与6个阶段初始位置的交点及最后着陆点的位置信息,由此确定嫦娥三号的软着陆轨道。但此方法在实现时,会导致着陆器的速度变化过缓,其得到的解的性能虽令人满意,但算法太慢,为得到更优化的结果,又引入蚁群算法模型来进行求解。     

一种基于弹簧振子模型的颅面软组织仿真算法

软组织仿真研究是利用计算机技术对真实软组织进行模拟以便研究,为医学工作者提供辅助和帮助科研工作者更好地进行虚拟手术。这方面的研究在国外已经较为普及,在国内尚处于起步阶段。软组织仿真算法已有多种成熟模型,其中较为代表性的有弹簧振子模型（MSS）和有限元模型（FEM）。在参阅了前人的研究基础上,选取了弹簧振子模型作为软组织仿真的物理形变模型,并对仿真算法进行编码和仿真实验,进而对实验效果进行分析,并提出改进之处。实验发现基于弹簧振子模型的软组织较好地实现了形变仿真的效果。     

基于计算机视觉的无人直升机位姿估计方法研究

无人直升机与着陆点的相对位置和姿态估计是其实现自主着陆的前提条件，采用计算机视觉技术完成该任务是当前的发展趋势。介绍了基于计算机视觉技术的位姿估计方法的特点，对目前直升机自主着陆研究中采用的各种位姿估计方法做了分类并进行了评述，为类似的视觉系统的设计和相关问题的研究提供了参考。     

平面刚架结构内力图形软件系统的完善

我们研制的平面刚架结构内力图形软件系统已应用于计算机辅助教学中，并获得了良好的效果。该系统有如下几方面的功能：（１）输入和编辑用于平面刚架结构分析的原始数据文件；（２）分析，计算该结构的内力；（３）同时显示出结构的轴力图，剪力图，弯矩图及平面刚架结构在荷载作用下的结构图；（４）在屏幕上及时查阅指定截面的轴力，剪力，弯矩值。本文介绍了我们对该软件系统的一些功能的改进和完善：（１）计算容量的扩大；（２