电弧熔丝增材制造控形技术研究现状与展望

金属增材制造是制造强国战略下推动我国高端装备制造业转型升级的重点发展方向。电弧增材制造以其高沉积效率、低成本、可进行复杂结构直接成形等优势受到了广泛的关注。但增材过程中涉及的物理过程复杂,成形质量与精度面临很大挑战。针对电弧增材制造技术短流程、长周期的制造特征,讨论如何从热源上降低成形偏差、从过程上降低制造误差、从结果上改善成形精度,介绍了一系列创新的热源调制、过程控制与结果优化的方法策略,总结了现有技术存在的问题与面临的挑战,为如何进一步提升电弧增材过程的成形控制效果提出了几点思考。

微型行星齿轮传动设计与分析

提出一种应用于某航空发动机中空气涡轮起动机的微型行星齿轮传动设计方案,对传动系统的构型进行结构设计、参数匹配;采用有限元分析软件ANSYS对其重要零部件进行强度校核,基于正交试验法对减速器结构进行优化,为微型行星减速结构在航空发动机起动机等航空产品中的推广与应用提供理论支撑。

偶然性载荷作用下的桥式起重机摆角模型研究

对起重机建立准确的数学模型是研究其防摇摆控制策略的基础。构建在偶然载荷作用下桥式起重机摇摆数学模型,分析桥式起重机一个作业循环以及大小车运行时的受力情况,在充分考虑偶然载荷作用下构建桥式起重机工作过程中的三维动力学数学模型。通过在驱动力及风载作用下对模型的仿真分析,研究桥式起重机的摆角变化规律。桥式起重机在偶然载荷作用下的摆角模型及其变化规律可为后续桥式起重机的防摇摆控制提供理论基础,保证桥式起重机在偶然性载荷作用下工作安全可靠。

可变桨距四旋翼飞行器姿态控制教学设备

针对传统四旋翼飞行器为固定桨距变转速的控制方式,在实际教学中存在非线性、响应慢等问题,给学生完成控制实验带来困难。为达到更好的教学效果,设计与开发一个可变桨距四旋翼飞行器的姿态控制设备,实现了定转速变桨距的控制方式,并完成了基于串级PID的控制律设计与代码实现。设备搭载280级四旋翼,使用基于STM32单片机自行开发的飞行控制器,允许学生编程及嵌入自己的控制律。设备在自动控制专业本科生选修课中进行了应用,获得了理想的教学效果。

基于机器视觉的镍板材表面缺陷检测研究

针对电解法提纯镍板材表面出现的质量缺陷,设计改进Canny的缺陷检测方法。利用双边滤波使图像去噪保边,研究一种增强梯度的掩模并融入Sobel中形成双层卷积核,增强缺陷边缘梯度,弱化缺陷内部及背景区域的梯度。采用分水岭算法代替非极大抑制与形态学边缘连接算法进行边缘细化。实验结果表明:本算法对镍板缺陷的检测效果优于经典算法和其他几种改进算法。

基于人体工学的手动轮椅助力装置研究

针对我国失能、半失能老人使用非电动轮椅推行费力的现状,综合考虑使用者功能需求、使用环境与可行技术支撑三方面的要素,从动力系统可靠性理论计算、人体工学设计以及智能控制设计等方面开展研究,研发一款新型助力装置。该装置通过基于人体工学的集成优化设计实现了轻量化(≤5 kg)、小型化(390 mm×130 mm×140 mm)结构设计要求;创新地采用基于单手操作的快速挂接结构,实现了面向市面大部分手动轮椅的高适配要求和5 s内快速装卸的易操作要求;基于使用环境的动力学分析与设计实现了室内外行进20 km的续航里程要求;通过手环控制器和摇杆控制器的多元控制方式开发,实现了不同驱动人员对助力装置启停控制和速度控制的简易化操作要求。

准零刚度非线性低频隔振器理论研究及应用

隔振器在各行业中得到广泛应用,传统线性隔离器因其简单、低廉、高可靠性和鲁棒性被广泛应用于工业中,然而由于其仅能够在激励频率大于√2倍固有频率时才能有效抑制振动,故存在静态承载能力和低频隔振性能之间的固有矛盾。近几十年来发展起来的非线性准零刚度(QZS)隔振器可以在保证高承载能力的前提下降低动刚度,从而将隔振频带拓宽到低频区域。从QZS隔振器的构造方法、优化与改进设计和工程应用等方面综述QZS隔振的主要研究进展,总结现有研究的不足,展望未来发展方向,为相关领域的研究人员提供参考。

基于光流法的流体运动预测技术适用性研究

由于粒子图像测速技术在测量精度和时空分辨率上难以同时保证,而基于光流法的流体运动估计方法可以获得具有较高分辨率的稠密速度矢量场。为了评价该方法在流体运动估计上的适用性,采用流动情况由简单到复杂的开源粒子图像、标量图像、纹影图像序列对3种经典光流算法进行实验,在定性和定量层面评估了各算法的表现。结果表明:传统HS光流算法适用于大部分流动情况,然而在灰度梯度变化不明显时表现不佳;基于随机湍流传输模型的变分光流算法表现更为稳定,在HS目标函数中添加加权非局部平滑项后更适用于捕捉涡轮叶片纹影图像的尾迹区域和估计尾迹涡的输运速度。

基于Profinet通信协议的多电机运行监控系统设计

随着工业互联网逐步渗透到工业制造各大领域,工业企业迫切需要通过工业互联网加快数字化步伐,以提高生产效率,节省设备运维成本,满足客户个性化需求。研究在工业互联网中通过Profinet通信协议将西门子S7-1200、HMI和G120变频器等设备联网组成异步电动机变频调速监控网络。研究内容包括控制系统硬件构成、变频器参数设置和PLC控制程序设计。该控制系统运行能完全融入工业互联网,且监控方便、成本低廉。

残差胶囊网络在旋转机械故障诊断中的应用研究

针对旋转机械中的故障诊断需求,在传统的胶囊网络中引入残差块和模糊C均值聚类算法,构建残差胶囊网络故障诊断模型。在残差胶囊网络的基础上,引入注意力机制和G-K动态路由算法,构建注意力胶囊网络故障诊断模型。仿真分析表明:两种模型都能对故障进行精准测试,具有较强的表达能力和泛化能力。

主动波浪补偿船用起重机吊臂的力学特性与结构优化设计

以新型HFTC3-12主动波浪补偿起重机吊臂结构为研究对象,对其进行载荷分析,用ABAQUS完成不同试验工况起重机结构的刚度和强度仿真分析和校核;进行起重机实测试验,验证仿真模型的准确性;对起重机基座进行拓扑优化,同时进行模态分析,验证其在主动波浪补偿状态是否发生共振。结果表明:HFTC3-12液压折臂伸缩起重机吊臂结构刚度和强度满足相关规范要求,未发生共振,且经过优化后起重机基座质量减少了20%。

高技术产品造型意象机器评价方法研究——以航空发动机为例

基于图像信息熵原理提出一种机器评价高技术产品造型意象的方法,可用于产品美度评价、辅助产品工程设计等领域。以航空发动机产品为例,通过用户眼动实验探究工业设计领域专家和发动机行业人员造型评价的隐性关注点,基于优化支持向量机的造型美度算法构建航空发动机图像特征数据与其造型意象评价之间的映射模型。实验结果显示:机器评价与专家评价的拟合度评价达到75%以上,商用航空发动机的预测准确率高于军用发动机。

自旋翼无人机纵向解耦控制技术研究

针对对象自旋翼无人机,提出在干扰下如何实现解耦控制。由于对象无人机空中段飞行过程中对外界干扰十分敏感,很容易在干扰下激发高度和速度间的耦合,现有控制策略优先考虑了速度控制,而牺牲了高度控制性能,所以导致高度控制鲁棒性较差。针对此特性,提出升降速率指令内回路控制结构以增加系统对高度差的反应能力,并且在桨盘控制通道加入高度反馈以弥补油门控制的不足。通过仿真测试改进策略的解耦性能以及鲁棒性,验证了该策略是合理且可行的。

基于机器视觉的堆叠货箱抓取系统设计

针对冷链运输领域自动化水平低的问题,设计一套基于机器视觉的堆叠货箱抓取系统。基于Matlab标定工具完成相机标定,得到坐标系转换数学模型,使用改进Canny边缘检测算法提取图像中堆叠货箱的位置信息,通过PLC控制卸货机器人按照既定程序实现对冷链集装箱中堆叠货箱的抓取作业。实验结果表明:图像处理时间小于2 ms,抓取效率可达5 s/件,抓取位置误差小于5 mm,完全满足工业生产要求。

柔性多关节移动机器人非线性控制轨迹的二次模糊逼近

针对柔性多关节移动机器人在非线性控制轨迹下控制精准度不高的问题,提出一种非线性控制下的模糊逼近方法。建立机器人动力学模型,根据动力学特性设置矢量参数,对误差扰动动态修正。将矢量参数作为初始输入值,采用加权平均和乘积推理法,使得矢量符合自适应规律,通过模糊逼近函数对控制器的输出值实行状态逼近,直至符合初始设定值;凭借李亚普诺夫函数对控制输出值二次实施稳定模糊逼近,完成非线性轨迹控制。以B样条曲线轨迹为例做控制实验,实验数据证明:该二次逼近控制方法在非线性轨迹下的控制精准度较高,控制器输出力矩稳定,实用性能较强。

视觉校对约束下生产线搬运机械手抓取定位控制

针对智能生产线环境中存在的随机振动、噪声等干扰因素会对机械手的传感器精度产生影响,导致生产线搬运机械手抓取定位控制精度低的问题,提出智能视觉约束的生产线搬运机械手抓取定位控制方法。分析生产线搬运机械手的动作流程,了解机械手在进行抓取操作时需要确定目标物体位置存在的问题;通过改进的YOLOv2模型识别待搬运物体的位置,估计出待搬运物体的大小;使用改进K-means聚类算法通过聚类过程估计出待搬运物体与机械手之间的相对距离和大小,改进单纯依靠传感器的弊端。设计PLC控制器来实现对机械手的定位控制;同时引入小脑模型神经网络模拟人类小脑的运动控制能力,优化PID控制算法,使机械手在抓取和定位控制中更加稳定和精确。实验结果表明:所提方法使生产线搬运机械手抓取定位时抗干扰性较强,精度较高,抓取定位控制效率较好。

半自动吸塑包装机关键构件力学特性模拟分析

为研究吸塑包装机关键构件力学特性,以半自动吸塑包装机为例,对其刀架与转轴关键构件力学特性进行模拟分析。通过数字建模与物理建模方法构建关键构件多刚体力学模拟模型,利用ADAMS动力学自动分析软件和ANSYS有限元软件,模拟分析关键构件的动态力学性能和静态力学性能。分析结果显示:关键构件的位移变化与角速度、加速度变化符合实际运动规律,当转轴受到49.52 N垂直方向力的影响时,转轴最大位移为0.928 mm,最大应力为31.25 MPa,符合选材规定范围,具有良好的模拟性能。

港口场景集装箱锁孔目标智能检测研究

为解决集装箱图像受到外界光线环境的影响造成信息对比度低、暗部细节信息不明显和图像信息难以辨认清等问题,提出一种新的图像增强算法,其重点是利用非线性变换,提高图像的暗部细节,将原本的RGB模型转化到HSV模型进行均衡化。利用实际工程中港口所提供的测试数据集,使用已训练好的模型进行广泛的实验。实验还探究了图像增强算法对卷积神经网络性能的影响,利用对比度受限的自适应直方图均衡化、伽马校正、拉普拉斯变换以及原始图像与该算法进行对比,使用10折交叉验证了该算法的精确率、召回率均大于其他的算法。采用配对T检验,比较分析采用各算法间的各项指标差异,结果表明:该算法相比其他算法的效果要好。

双转轴支撑装置的运动学分析与误差补偿

风洞试验是飞行器研制发展过程中不可缺少的环节,双转轴支撑装置是应用于风洞采集飞行器实验数据的关键设备。根据双转轴支撑装置的结构特点,建立风洞试验用双转轴支撑装置运动控制的数学模型,得到机构角和飞行器模型角的运动学解析函数。在Matlab平台上采用数据拟合的方法得到尾轴和滚转角的误差补偿函数,据此设计尾轴和滚转角的误差补偿方案。

高温合金GH4169铣削表面粗糙度工艺参数优化研究

为获得理想的高温合金GH4169铣削表面粗糙度,设计GH4169铣削正交试验,建立表面粗粗度预测模型,利用相对灵敏度分析工艺参数对表面粗糙度影响的主次顺序,通过趋势图分析工艺参数对表面粗糙度影响机制及影响趋势;提出工艺参数优选区间确定方法并获得铣削工艺参数优选区间;采用遗传算法获得优化的铣削工艺参数组合。铣削实验结果表明:优化工艺参数不仅能获得较小的表面粗糙度,而且减小了刀具磨损。