一种绳牵引并联机器人的时变势能场建模方法研究

针对目前绳牵引并联机器人时变势能场建模困难的问题，提出一种高精度时变势能场的建模解算方法。在绳索质量微分单元和绳索长度微分单元的基础上，通过有限元积分法建立绳牵引并联机器人势能场模型的积分表达式；通过结合绳牵引并联机器人悬链线模型高精度实时解析解和边界约束条件，对势能场模型的积分表达式进行求解，实现绳牵引并联机器人高精度时变势能场模型的解算。通过仿真测试，研究绳牵引并联机器人势能场模型的影响参数。研究结果为绳牵引并联机器人基于时变势能场的实时稳定性评价指标建立和稳定工作空间的构建提供参考。     

索杆混合驱动并联机构的索拉力和刚度分析

分析一种索杆混合驱动并联机构的绳索拉力和刚度。考虑绳索单向受力和直线电机双向受力的特性,对机构动平台的位姿进行力学分析,得到关于绳索拉力与直线电机推力的关系式。通过规划动平台运动轨迹,得到绳索拉力与电机推力的分布曲线。结合刚度定义、机构结构参数和柔索拉力之间的关系,推导出并联机构的刚度矩阵模型;通过MATLAB仿真得到刚度评价指标,总结刚度在机构工作空间中的分布规律。     

六足步行机器人腿机构绳传动系统设计与仿真

针对典型步行机器人腿机构绳传动系统的缺点,设计了一种简单、小巧、实用的新型绳传动系统,并将其应用到六足步行机器人腿机构上,由此完成了六足绳传动步行机器人整机的设计.运用ADAMS软件建立了虚拟样机,并选择典型的三角步态进行整机运动仿真,仿真结果表明所设计的步行机器人虚拟样机可按给定步态进行直线行走和转弯.在此基础上,制作了真实样机.经测试,机器人行走时机体稳定,且速度较快.为进一步研究六足绳传动步行机器人奠定了基础.     

一种关节型机器人快速收敛的粒子群优化算法

快速收敛性的研究和应用对关节型机器人轨迹规划有着重要的意义和价值。以关节型机器人完成不同动作时轨迹的平滑度和所用的时间为主要优化目标,提出一种快速收敛的粒子群算法。将全局学习因子和局部学习因子联合起来,通过调整比例系数和全局学习因子的比重获得更快的收敛速度。实验结果表明：在迭代次数较少时,所提方法与改进的粒子群算法的应用效果接近;在迭代次数较多时,所提方法优于改进的粒子群算法。     

三自由度并联机器人运动性能分析与视觉应用

少自由度并联机器人在电子、食品及医药等领域工业产品的拾取作业中得到了广泛应用。文章针对Delta型三自由度并联机器人,开展其运动性能分析与基于视觉的识别抓取应用研究。首先对并联机器人进行结构设计;然后根据动平台与静平台的矢量关系建立数学模型,理论计算求得运动学逆解,利用解析法通过坐标变换获得机器人的工作空间,并对机器人拾取路径进行分析,采用MATLAB与Adams联合仿真验证计算结果;最后通过视觉传感器,基于形状检测实现并联机器人对字母的识别与拾取,为基于视觉的并联机器人研发与应用提供参考。     

绳驱咽拭子机器人的设计与实验

为了避免医护人员在繁重的采样过程中受新冠等病毒的感染，设计一种代替人工采样的绳驱咽拭子机器人。该机器人包括同轴绳驱机械臂和驱动系统。同轴绳驱机械臂外层绳驱机构和内层绳驱机构的配合提高了机器人采样的灵活性。驱动系统控制机械臂平移运动扩大了机器人的工作空间。通过Simulink建立绳驱咽拭子机器人的多刚体模型及控制系统。仿真和实验验证了绳驱咽拭子机器人对复杂采样环境的适应性及绳驱咽拭子机器人采样的有效性。     

一种新型六自由度并联机器人设计

为了扩大并联机器人的工作空间,减少整体尺寸,设计一种新型的六自由度并联机器人,它由6个SPS支链连接动平台与滑块,滑块绕定平台旋转以改变动平台位姿。通过在静平台与动平台分别建立静坐标系与动坐标系得到变换矩阵,进而求得六自由度并联机器人的位姿反解,即每个滑块的位置。在得到此并联机器人位姿信息后将每个支链视为二力杆求出每个滑台的受力情况,进而计算得到此并联机器人各位姿驱动力。并提出一种通过线圈拖拽钕磁铁的驱动方式。该新型并联机器人具有Z轴转动不受限制的特点,极大地扩展了其运动范围,且相对常规并联机器人结构尺寸极大减少。     

一种绳驱动并联清洗机器人的控制策略研究

绳驱动并联清洗机器人可以有效地代替人工实现对外墙的清洗作业，但是由于其自身受到外界干扰较多，而且机器人的所有动作都要确保绳索处于张紧状态，因此与传统的并联机器人相比，研究绳驱动并联清洗机器人的运动控制问题更具有挑战性。考虑实际使用过程中系统受到的外力干扰问题,通过牛顿-欧拉法和拉格朗日方程建立包含绳索弹性的系统动力学模型；结合PD前馈控制和传统的PID控制，设计包含绳索张力优化算法的控制律，通过李雅普诺夫稳定性理论证明控制算法的稳定性；通过数值分析验证了绳驱动并联清洗机器人在受到外力扰动时的理论跟踪性能，证明了该控制算法的有效性。     

微孔节流气体静压止推轴承跨缝过程时变特性研究

目前,大型气浮平台均采用花岗岩平台拼接而成,平台拼缝会对实验效果产生一定影响。针对上述问题,以微孔节流气体静压轴承运动中经过平台拼缝时的时变特性为研究对象,建立微孔节流止推轴承物理模型,并使用CFD软件与UDF相结合的动网格技术实现轴承跨越平台拼缝的动态过程仿真,研究不同气膜厚度、进气口压力、平台拼缝位置对轴承承载力和压力分布的影响。结果表明：当平台拼缝到达微孔分布圆附近时承载力急速下降,且平台拼缝到达轴承中心时承载力下降到最小值;随着气膜厚度的增加,轴承承载力的最大损失比例随之增加,并最终稳定到0.6;平台拼缝位于供气孔分布圆之外时,轴承边缘与平台拼缝之间的承载面将失效;通过增加进气口压力,轴承承载力整体有明显提升,但承载力损失速度也明显加快。     

热型连铸过程液／固界面位置对过程参数变化的响应

热型连铸过程的实时控制涉及到过程液/固界面位置对控制参数(冷却距离和牵引速度)的响应.根据热型连铸过程的凝固传热特性,建立了热型连铸过程的物理、数学模型,获得了OCC过程中液/固界面位置对不同的冷却距离和牵引速度变化量的响应函数.通过数值模拟,考察了冷却距离和牵引速度变化时液/固界面位置的响应过程,并明确了在OCC过程的闭环控制过程中,冷却距离和牵引速度两控制量调整的先后顺序.     

Cu熔体中氧化夹杂在超重力场下的运动规律

对超重力场条件下Cu熔体中的氧化夹杂进行受力分析,建立夹杂颗粒沿超重力方向上的运动速度与运动距离方程,并通过理论计算分析重力系数、夹杂物特性(尺寸、种类、含量)以及熔体温度对夹杂物在超重力场中运动行为的影响。计算结果表明,超重力场能强化Cu熔体中氧化夹杂的定向分离过程,其中重力系数、夹杂物尺寸、夹杂与熔体之间密度差(固液密度差)对夹杂颗粒运动行为影响较大。较大的重力系数、夹杂物尺寸以及固液密度差均有利于夹杂物的上浮去除。     

Oxidation of commercial purity titanium

The oxidation kinetics of commercial purity Ti-A55 exposed to laboratory air in the 593–760°C temperature range were continuously monitored by thermogravimetric analysis. The oxide thickness was measured by microscopy and the substrate contamination was estimated from microhardness measurements. The microhardness depth profiles were converted to oxygen composition profiles using calibration data. The oxygen diffusion coefficient in alpha-Ti appears to be approximately concentration independent in the 1–10 at. % oxygen range. The combination of an “effective diffusion coefficient” and an “effective solubility” at the oxide-metal interface usefully describes the diffusion process over the entire composition range. A model for the total parabolic oxidation kinetics, accounting for the two individual components, oxide growth and solid solution formation, has been proposed. Diffusion coefficient for oxygen in TiO₂ has been estimated as a function of temperature and is found to be about 50 times the value in alpha-Ti. The metallographically prepared cross-sections of the oxidized specimens revealed a “moving boundary” in the substrate, parallel to the oxide-metal interface. This boundary was associated with a specific oxygen level of 5.0±0.5 at.%. It occurred at a distance from the oxide-metal interface which was correlatable with temperature and time of exposure. The diffusion coefficient corresponding to the composition of this moving boundary is in excellent agreement with the effective diffusion coefficient for the substrate contamination.     

磁场模拟在磁控溅射/阴极弧离子镀中的应用

针对磁控溅射和阴极弧离子镀沉积技术存在的局限性,采用有限元分析方法(Finite element method,FEM)进行磁场模拟,优化设计外加电磁线圈的结构和磁场分布位形,并应用于磁控溅射沉积透明导电氧化物和阴极弧离子镀沉积硬质薄膜中。分析了外加电磁线圈磁场对磁控溅射等离子体辉光变化、磁控靶磁场平衡度/非平衡度、以及线圈位置对等离子体特性和靶材利用率的影响。设计和制作了轴对称磁场和旋转磁场,研究了它们对阴极弧离子镀弧斑运动形貌和薄膜表面大颗粒等特性的影响。通过控制弧斑运动状态,可以得到不同程度的颗粒分布,实现颗粒的可控沉积,减少薄膜表面大颗粒的污染。     

In-Situ observation of the carburization of solid iron by graphite

The carburization of solid iron by graphite was investigated by using confocal laser scanning microscopy to understand the initial carburization reaction mechanism of solid iron by solid carbon at high temperatures. As the carburization was initiated, a liquid layer was formed at the interface and grew parallel to the interface after an incubating period for the liquid phase formation. This required incubation time decreased with an increasing temperature due to the decrease in the solubility limit of carbon in ??-Fe. A moving interface model was used to interpret the carburization and melting behavior of solid iron by solid carbon with consideration for the diffusion of carbon in both solid and liquid phases. Using the moving interface model, the diffusion coefficient of carbon in the liquid Fe-C alloys was obtained. $D_L (m^2 /s) = 5.1 \times 10^{ - 7} \exp \left( { - \frac{{53.9 \times 10^3 }} {{RT}}} \right)\{ 1458 - 1623K\} $ The rate of carburization in the solid and liquid phases was evaluated. As the liquid phase was formed, the contribution of solid phase in the carburization decreased from 9.5% at 1.3 s to 5.4% by 20 s.     

数控机床运动部件爬行的临界速度计算

通过构建数控机床运动部件爬行力学模型,推导出位移、速度、加速度数学表达式;探讨产生爬行的条件,通过引入运动均匀性系数,详细推导出产生爬行的临界速度表达式;并给出消除数控机床运动部件爬行的一些新措施。     

阳极钝化电位对黄铜表面钝化膜半导体性能的影响

目的研究黄铜在不同阳极钝化电位下形成的钝化膜的半导体性能。方法通过动电位极化曲线获取黄铜在硼酸盐缓冲溶液中的维钝电位区间,并选取3个钝化电位值对黄铜进行钝化处理,采用电化学阻抗谱和Mott-Schottky半导体理论研究阳极钝化电位对钝化膜半导体性能的影响,并进一步利用PDM模型进行点缺陷扩散系数的计算。结果黄铜在硼酸盐缓冲溶液中有明显的钝化区间,不同钝化电位对应的Mott-Schottky直线斜率均为负值,且点缺陷扩散系数均为10-14数量级。随着阳极钝化电位的正移,钝化膜的阻抗值不断增加,受主密度降低,平带电位变小,空间电荷层厚度增加。结论黄铜在不同钝化电位下形成的钝化膜均表现出p型半导体的特性,膜中载流子以空穴为主,随着阳极钝化电位的正移,钝化膜的导电性能变差,耐蚀性能增强,对基体的保护作用更好。     

High-temperature tribological properties of plasma-sprayed metallic coatings containing ceramic particles

Plasma-sprayed metal-base coatings containing ceramic particles were considered for high-temperature sealing of a moving metal component with a dense silica-base ceramic preheated at 800 ‡C. Selected metal powders (NiCoCrAlY, CuNi, CuNiIn, Ag, Cu) and ceramic particles (boron nitride, Zeta-B ceramic) were agglomerated to form suitable spray powders. Plasma-sprayed composite coatings and reference materials were tested in a modified pinion-disk apparatus in which the stationary disk consisted of a dense silica-base ceramic piece initially heated at 800 ‡C and allowed to cool during tests. The influence of single exposure and repeated contact with ceramic material on coefficient of friction, wear loss, and damage to the ceramic piece was evaluated.     

曲柄滑块机构的精度分析

随着工业技术的进步和科技水平的提高,对机器设计制造精度等性能的要求越来越高.文章介绍了微分法及数值微分法曲柄滑块机构精度分析,说明了运动副的配合间隙对构件运动误差的影响.     

基于Pearson-KPCA和LSTM的伺服电机滚动轴承剩余寿命预测

针对伺服电机滚动轴承的寿命预测，提出一种基于皮尔逊相关系数及核主成分分析的长短时记忆网络预测方法。提取滚动轴承的时、频域信号，通过移动平均法进一步获取相关特征，并采用皮尔逊相关系数筛选高度相关特征指标，利用KPCA提取高度相关特征指标中的若干主成分；将第一主成分作为长短时记忆网络模型的输入对滚动轴承进行剩余寿命预测。采用IMS轴承数据集进行验证，得到的轴承寿命预测RMSE值和可决策系数值分别为0.054 3和0.989。将其与长短期记忆网络模型和BP神经网络的预测结果进行对比，证明所提方法具有较高的精度。     

双轴永磁动铁式力矩器的设计与应用北大核心

针对双轴机械式陀螺仪力矩需要,分析双轴永磁动铁式力矩器的工作原理,按总体结构布局对力矩器开展总体结构设计,对力矩器的力矩系数、永磁体工作点进行了分析计算。通过永磁体磁性能稳定性试验以及力矩器样机在角速率测量系统中的应用,对试验数据进行了详细分析。针对陶瓷骨架线圈组合体力矩器的力矩系数波动原因,提出无骨架线圈组合件的结构方案,能够较好解决力矩器在高温、大角速率工作状态下力矩系数波动问题,提高力矩器力矩系数的稳定性,更好地满足系统标度因数非线性要求。