基于柔性应变传感器的数据手套手势识别研究

针对传统手势识别系统识别率不高、响应不稳定等问题,设计了一个包括柔性传感器、信号采集系统、手势识别算法的柔性应变传感器数据手套手势识别系统。该系统可准确捕捉每根手指关节运动信息,具有高自由度、低成本、高识别率等特点。在软硅胶材料中掺杂特定配比的碳黑(CB)和碳纳米管(CNTs),通过转印技术设计出线性度好、灵敏度高的电阻式传感器。实验结果表明,传感器具有较好的静态、动态响应特性,并完成传感器标定;利用多个柔性传感器制备数据手套并搭建信号采集系统,进一步提出融合BP神经网络和模板匹配技术的手势识别方法,以提升相近手势字母识别率,算法识别率为98.5%;针对不同人群开展手势识别实验,结果表明,该手势识别系统准确率达到92.8%,响应时间约40ms,该数据手套具有较好的应用潜力。

PDMS/PTFE限制层材料软体机械手设计与性能试验

为抑制软体驱动器弯曲过程中的不必要变形,提高软体机械手抓取能力,提出一种限制层材料为PDMS和PTFE混合制备的软体机械手。通过调整PDMS和PTFE之间的质量比来改变限制层刚度,进而改变软体机械手的弯曲角度。考虑到软体机械手工作时,应变层变形远大于限制层,采用Yeoh和Neo-Hookean形式的应变能方程表述应变层和限制层材料力学行为。基于模型和力矩平衡原理建立软体驱动器弯曲角度数学模型,进而研究限制层材料和结构参数对软体机械手弯曲性能的影响。利用单轴拉伸试验获取不同质量比的PDMS和PTFE混合制备的限制层样品应力应变曲线,并拟合获取Yeoh模型材料参数,进而进行有限元仿真分析,确定限制层材料的最佳比例。对不同限制层材料制成的驱动器进行弯曲角度测试,试验结果与理论分析偏差在5%以内,验证了数学模型的准确性。同时,驱动器的末端力测试结果表明,限制层PDMS/PTFE质量比为8∶1的驱动器明显优于纯硅胶软体驱动器,最大末端力可达2.45 N。使用软体机械手对多种物品进行抓取试验,其最大抓取质量达420 g。

机器视觉与图像处理课程教学改革探索研究

机器视觉与图像处理是一门内容繁杂、理论抽象、实践性强的专业基础课程,传统的教学方法难以满足该课程的教学需要。针对此种情况,文章从教学内容、教学安排、教学手段三个方面分析了教学现状。继而根据存在的问题探索机器视觉与图像处理课程的教学方式的改革,并提出一系列的课堂教学改革的措施,提高学生的学习积极性和主动性,增加学生对机器视觉与图像处理技术的了解。

微机原理与应用课程多元化教学改革研究

微机原理与应用是一门综合性强、概念抽象、实践性强的专业基础课,该专业课存在教师难教和学生难学的“两难”问题,传统教学方式难以适应现阶段课程教学需要。文章从教学内容、教学安排、教学手段3个方面深入探讨了该课程教学现状及存在的问题,以学生为中心,分析课程难以真正掌握的根本原因,形成内容易学、方法优化、手段创新多元化的教学改革方式,促进课堂教学提质增效,让学生在理解中学习。

基于智能防窃电终端的新型配电系统可靠性提升研究

本文提出了基于智能防窃电终端的新型配电系统可靠性提升设计。首先分析了防窃电工作的必要性。随后介绍了基于网络感知的防窃电系统的设计,包括系统架构、网络拓扑和系统集成接口。进一步详细描述了基于网络感知的反窃电监测终端的设计原理、功能概述以及适用场景,特别是针对专变用户和光伏发电系统的监测和诊断。最后,通过应用分析,论证了系统在专变用户异常分析、线路异常监控分析和光伏专变用户发电上网监测方面的有效性。文章结论指出,基于网络感知的智能防窃电终端系统设计能够实时监测电力系统中的窃电行为,提高了窃电行为的检测效率,有助于保障配电网络的正常运行,并提出了进一步完善系统的建议。

枸杞红梅杏复合果酒酿造工艺研究

以枸杞和红梅杏为原料,研究了枸杞红梅杏复合果酒初步发酵工艺,采用单因素试验研究了原料配比、发酵醪总酸、发酵醪残糖对枸杞红梅杏复合果酒风味的影响,并通过正交实验确定了最佳发酵工艺:原料配比为(体积比)6∶4,发酵醪总酸为6.5 g/L,发酵醪残糖为35 g/L。在此工艺参数条件下,枸杞红梅杏复合果酒的风味相对较好,酒体酒精度12%vol,感官品评最终得分为90分,酒体骨架感强,具有枸杞及红梅杏典型的果香,口感清爽、果香突出。

透性化干酪乳杆菌细胞转化苯丙酮酸合成苯乳酸

苯乳酸是由乳酸菌属等微生物代谢合成的一种新型食品防腐剂。今利用透性化干酪乳杆菌(Lactobacillus casei B3)细胞转化苯丙酮酸,合成得到了苯乳酸,并通过单因素实验和正交实验,确定了适宜的转化条件,即:干酪乳杆菌在?20℃冷冻6 h后用于转化,苯丙酮酸浓度为8 g?L?1,葡萄糖浓度为14 g?L?1,菌浓度为100 g?L?1,p H值为8.0,温度为35℃,转速为75 r?min?1,转化时间为4 h;优化条件下苯乳酸的收率达65.5%,转化液中苯乳酸浓度达到了5.3 g?L?1。

多输入多输出正弦振动试验控制系统算法研究及实现

根据多输入多输出系统的解耦补偿思想,设计了多输入多输出正弦振动试验控制系统的控制方案。应用乘法输出不确定性描述了系统模型误差,对控制算法的收敛性进行了理论分析并对其进行了仿真,检验了算法的可行性。以微型计算机为核心,基于VXI总线仪器,构建了试验控制系统。编写了测量与控制软件,实现了驱动信号发生、响应信号的采集和处理。在一悬臂梁上进行了两点正弦振动试验控制,结果表明,算法可以使控制点的响应信号快速、稳定地收敛于参考信号,验证了设计的多输入多输出正弦振动试验控制系统的有效性。

介电型电活性聚合物驱动转动关节控制技术研究

介电型电活性聚合物(Dielectric electroactive polymer,DEAP)具有大应变、高效率、高能量密度等优点,在仿生机器人领域具有广泛的应用前景。基于生物关节驱动原理及圆柱形驱动器特点设计了单自由度转动关节。根据弹性大变形理论建立驱动器DEAP膜的机电耦合模型,通过微分方程组的迭代求解可获得关节输入电压与输出角度之间的非线性关系,但计算工作量大。将小脑模型关节控制器CMAC(Cerebellar model articulation controller)神经网络与PD控制器相结合实现输出角度与输入电压之间的非线性映射,避免了复杂计算过程。阶跃和正弦参考信号的跟踪控制试验验证了CMAC神经网络控制的可行性。

基于LabVIEW与单片机的温度采集监控系统设计

利用温度传感器DS18B20与AT89C51单片机构建温度采集监控硬件系统,上位机采用LabVIEW平台开发应用程序,通过串口通信实现温度采集系统与上位机之间的数据传输与通信;系统可以实现温度实时数据的采集、显示、报警、存储与回放;当实际温度超过设定范围时,输出信号进行加热或通风操作;温度检测系统在电热水壶周围进行温度检测时的界面,温度分别达到了47.5℃及65.3℃;表明,该系统可以有效地监测温室大棚及工厂环境中的实时温度及其变化,具有较强的可靠性与实用性。

柔性压力传感器阵列及其信号采集系统研究

为提高机器人人机交互的安全性,选用新型智能材料——电活性聚合物材料(Electroactive polymer,EAP)作为传感器阵列单元的敏感材料,设计一种4×4柔性压力传感器阵列及其信号采集系统。建立压力传感器输入输出数学模型,给出采用双三次插值法提高力觉信息量的方法,并制作了传感器试验样机,最后利用标定试验和应用试验验证了该传感器阵列的可行性、准确性和实用性。试验结果表明,设计的传感器电容理论值与测量值相差约0.01 pF,测量结果与理论结果吻合。在量程0~6 N内,最大灵敏度为0.1343 pF/N,重复性指标为28.73%。

四指软体机械手机械特性分析与抓取试验

软体机械手在易损物品抓取方面具有其独特的优势,近年来成为机器人领域的研究热点。为便于评价软体机械手的整体性能,实现其精确抓取控制,需要对软体机械手进行建模分析与试验研究。本文设计了四指软体机械手,每个手指单元内置用于实时检测机械手弯曲角的柔性应变传感器;建立了不同气压作用下的弯曲角和末端输出力特性的数学模型,并分析限制层刚度变化对软体手指输出特性的影响;设计了软体机械手控制系统,在此基础上开展软体手指的弯曲角和末端输出力特性试验,试验结果表明调节限制层刚度可有效改善输出力,理论分析与试验结果吻合,验证了数学模型的正确性。对几种不同质量的常用水果(如草莓、橘子、梨、苹果)的抓取试验结果表明,软体机械手能够实现对易损物体的无损抓取,其包络抓取力最大为11.89 N,指尖抓取力最大为2.81 N。

介电型电活性聚合物能量收集方法研究

介电型电活性聚合物(DEAP)作为一种新型智能材料,与风力、水力相结合,可作为一种新的能量收集方法。研究DEAP能量收集的可行性,讨论了DEAP的发电机理和工作过程。根据换能器工作状态的形变过程,利用弹性大变形理论建立了DEAP换能器的数学模型,通过对模型的求解计算出换能器推程、回程的力-位移曲线。据此,得出DEAP换能单元工作过程输入的机械能、发电量和相应能量转换效率。提出了一种多换能器集成使用以提高系统发电效率的方法。理论分析和试验数据表明:初始电压和拉伸位移是影响发电量、能量转换效率的关键因素。随着多换能单元的应用,系统的总效率可提高到28%以上。同时,外界输入扭矩的数值波动越来越小。

介电型电活性聚合物驱动器机电耦合特性

研究了介电型电活性聚合物（DEAP）的机电耦合特性，分析了电场作用下DEAP的受力情况，结合超弹性理论建立了DEAP的非线性机电耦合本构模型。对电场作用下圆形结构DEAP驱动器的变形行为进行建模研究，给出Yeoh形式的DEAP本构方程、平衡方程和边界条件。通过求解微分方程组得出DEAP驱动器薄膜中的主延伸率和主应力分布，同时分析了预拉伸率、驱动器主动区域面积及激励电压对驱动器变形的影响。利用试验研究了电激励下的圆形驱动器变形行为，试验结果与理论分析比较吻合，从而验证了本构模型的正确性。研究表明：预拉伸率取值为3～4比较合适。

新工科背景下机器人工程专业人才培养体系建设思考

机器人工程作为我国刚起步的新工科专业,其建设成效将直接影响未来国家经济的发展和中国在全球经济中的主导地位。文章通过分析现阶段国内外大学机器人工程专业发展历程及特点,梳理机器人工程专业建设中存在的问题,提出机器人工程专业建设思路与改革办法。

一种带孔介电层结构柔性多维力传感器研究

针对智能机器人人机交互过程中存在的接触柔顺性和环境适应性问题,提出一种带孔结构的多维力柔性传感器的简单制备方法,采用碳纳米管/聚二甲基硅氧烷(carbon nanotubes/polydimethylsiloxane,简称CNTs/PDMS)混合制备柔性电极,以带孔结构的硅胶作为介电层,组装制备电容式柔性多维力传感器。建立柔性多维力传感器的数学模型,并通过试验获取柔性传感器的性能参数。试验结果表明:传感器理论模型与试验曲线吻合性较好,带孔结构的介电层能够提高传感器的灵敏度,法向上的检测范围为0~50 N,分辨率为0.05 N;切向上的检测范围为0~10 N,分辨率为0.15 N。将其安装在机器人手爪上进行了水果抓取试验,成功检测出水果抓取过程中的夹紧力,进一步表明该传感器具有较好的实用性。

超弹性介电型EAP圆柱形驱动器变激励电压下动态响应分析

超弹性电活性聚合物(electroactive polymer,EAP)圆柱形驱动器的动态特性是进行合理设计、使用及优化驱动器的重要依据。结合介电型EAP机电耦合方程,构建了驱动器轴向线性运动的动力学方程。通过计算得到驱动器的电压-轴向位移曲线,研究了驱动器在准静态点附近的稳定性。最后,分析了驱动器在施加阶跃和周期电压激励时的动态响应。结果表明,在有效工作范围内驱动器是稳定的,阶跃电压激励使驱动器在准静态点附近产生轴向振动,周期电压使驱动器产生包含自振的拟周期轴向振动。进一步分析表明,阶跃电压激励更易导致驱动器的电击穿失效。

基于GPS/GPRS/RFID的车载监控系统终端设计

为在肉品运输环节实现肉品安全追溯,应用嵌入式技术,采用GPS定位技术对车辆位置进行监控,通过RFID电子标签对配送信息进行记录,并利用组建的GPRS网络进行车辆位置、车载温度以及车辆身份等消息的传输,完成车载实时监控。

基于炭黑与碳纳米管复合电极的柔性应变传感器

传感器是林业机器人等机电系统的重要组成部件,在林业装备智能化进程中起到非常关键的作用。为克服传统刚性传感器金属电极的不可拉伸性和脆弱性,提升机器人传感器工作范围,提出了一种以硅胶为基底转印炭黑、碳纳米管复合柔性电极的方法,制备可承受大变形的电阻式柔性应变传感器。阐述了柔性传感器结构与制作工艺,并利用自制拉伸实验平台测试传感器的性能参数,试验显示炭黑与碳纳米管掺杂的比例对柔性传感器灵敏度、线性度有很大的影响。采用光学显微镜对拉伸后的电极进行结构观察,并利用球链结构模型解释传感器电极导电网络的工作机理及拉伸过程中传感器导电网络的变化情况。在不同应变状态的传感器性能参数试验表明,制作的柔性传感器具有稳定性和重复性良好(8000次循环应变后,相对电阻仅变化1.12%)、线性度高、迟滞小、动态响应快等特点。提出的柔性传感器制作方法成本低、可靠性好,传感器用于手势识别表现出良好的性能。

LabVIEW在机械工程测试教学中的应用研究

为解决传统的硬件实验受实验时间、场地和学校投入等因素限制较大的难题,利用高性能的模块化硬件结合灵活高效的软件,将LabVIEW应用于机械工程测试的教学中以满足各种测试和控制的需要。以凌华USB数据采集卡为硬件平台,利用LabVIEW 8.6编制软件搭建信号采集与分析系统。该系统包含3个模块:信号的采集、数据存储和调用以及信号的时频域分析模块。最后,利用信号发生器作为信号源进行数据采集试验,验证了该数据采集系统的性能,证明了该系统的可行性和实用性。