高等教育工科专业创新人才培养体系改革研究——以河北工业大学机械设计制造及其自动化专业综合教学改革为例

针对高等教育工科专业人才培养的历史及现状,分析了工科教育存在的普遍问题及产生的原因;根据河北工业大学机械制造及其自动化专业特点,围绕本专业综合改革试点的要求,提出"一线三段"的教育改革思路,构建"3+1"课程群模式,实现高等教育工科专业向工程教育模式的渐进转变,培养具有综合运用科学理论和工程技术手段分析与解决各种工程的能力的高素质创新人才,为京津冀协同发展国家战略的具体实现提供人才保障。

回归工程背景的课程内涵研究与建设——以河北工业大学测量技术及信号处理课程为例

以专业认证标准为基准,针对专业课程当前存在的内容较陈旧、缺少创新和活力以及学生分析解决工程实际问题的能力不足等问题,以测量技术及信号处理课程为实例,从教学理念、教学体系、教学内容、教学教材、教学方法及考核方式等方面提出了相应的合理建设方案,重新修订了教学大纲,面向工程教育编写了相应教材,并进行了课程同步检测应用。实践结果说明,以专业认证为导向的专业课程内涵建设是构建完整的机械类专业知识和能力体系的有机组成部分,可为后续专业课程建设提供有益示范,促进工程应用回归课程课堂。

河北工业大学机械学

针对LOM快速成形机存在的火灾隐患，对其防火报警系统进行了研究，研制出了一套LOM快速成形机火灾报警系统。采用紫外火焰传感器作为火灾检测的传感元件，系统不但具有声光显示、报警的功能，而且还具有传感器自检、与快速成形机的控制计算机进行通讯等功能；通过采用看门狗技术、软件去抖滤波技术以及硬件滤波等技术大大地提高了系统的可靠性；根据火灾信号特点，采用模糊神经网络自动生成隶属函数和提取模糊规则，可明显提高火灾探测的灵活性和准确性，降低了火灾报警的误报率，实际使用表明该系统的火灾报警率达到100％。

约束空间工业机器人姿态搜索及避障研究

为解决约束空间下机器人无碰撞目标姿态求解问题,提出一种机器人姿态快速搜索算法,并结合4种不同的路径规划算法实现工业机器人的多目标路径规划。首先,对机器人运动框架初步配置完成后,通过计算位姿矩阵得到了场景内物体坐标的动态相对关系,并在ROS中搭建规划场景;其次,提出一种基于模型和机器人逆解的机器人姿态快速搜索算法RFP,并在RoboDK中对其进行验证,验证结果表明该算法有效;最后,根据任务需求设计了路径规划流程并引入二次规划减少算法随机性的影响,提高规划成功率,应用了RRT等算法进行对比分析,仿真结果表明RRT-connect算法的规划速度与成功率高于其它算法,为样机的实现奠定了基础。

机械工程基础试题库软件系统的开发

开发研制了一套试卷生成系统．该系统采用多级弹出式菜单，人机对话．程序结构 采用多级的子程序模块与函数模块，功能调用关系清晰，源程序加以注释，提高了程序的 结构性与可读性．在试卷生成时兼顾了随机数的选取的各种制约因素和以往出题的概率， 具备了合理性和随机性．本系统出题快速、灵活、可操作性强，具有实用性和推广价值．

多学科交叉的车辆工程专业人才培养模式研究

在新工科背景下,汽车产业的智能化、网联化、电动化、共享化均有了长足的发展,为适应时代进程,车辆工程专业需加强对人才的多元化培养。本文提出基于车辆工程专业构建多学科交叉的培养模式,通过制定符合时代发展的个人和团队目标,搭建多学科交叉融合教学平台,并且构建全方位多层次的评价机制,实现多元化人才的培养与教学制度的改进。

CDIO模式下校企联合本科毕业设计质量提升的探索与实践——以车辆工程专业为例

在新工科建设背景下,高校应主动探寻培养具备创新精神和实践能力的高素质工程技术人才,以顺应技术革新的步伐并满足企业日益增长的人才需求。毕业设计作为高校教育体系中的关键一环,对于培养学生的综合素质和工程实践能力至关重要。针对当前校企联合本科毕业设计教学环节中存在的问题,提出以构思、设计、实现和运作(CDIO)理念为导向的毕业设计质量提升教学改革,以车辆工程专业校企联合毕业设计为例,将质量提升的途径和机制作为切入点,对校企联合本科毕业设计质量的提升进行探索和实践,为工科类专业校企联合毕业设计引入CDIO教育教学理念提供借鉴与参考。

振动永磁式机械天线的动力学特性研究

在传统的无线通信领域中,长波通信需要匹配大尺寸信号发射天线,制约了其在中小型平台上的应用。基于逆压电效应、振动理论和麦克斯韦方程组,提出并研制了一种三自由度折返梁结构的振动永磁式机械天线原理样机,建立了电-机械-电磁能理论模型,研究了机械天线的辐射影响因素及其频率调制技术。实验结果表明,通过激发机械天线原理样机的不同振动模态可对电磁波信号进行频率调制,从理论和技术角度为低频段信号的通信提供了新思路。

基于工业大数据的机械装备智能化设计综述

随着信息化与工业化的深度融合,大数据技术由于自身海量性、多样性、高速性特点,已逐渐渗透至机械设计领域。从基于个性化需求数据、基于工况数据、基于维护维修数据三方面介绍了面向数据采集的机械装备,从装备智能设计和装置智能设计两方面对基于工业大数据的机械装备智能化设计进行了综述。装备智能设计包括通用机床设备、工业机器人,装置智能设计包括齿轮传动装置、主轴部件、直线运动单元。

基于几何解析的偏转关节机械臂运动学分析

高负载自重比机械臂在制造业、服务业等领域的不可替代作用日益凸显,针对传统机械臂承载能力提升问题,本文提出了一种偏转关节机械臂及其运动学分析方法。通过分析关节轴线与相邻杆件之间的夹角对机械臂运动特性及承载能力的影响,提出了偏转关节布置形式并设计了偏转关节机械臂。将偏转关节机械臂抽象为等效简易串联机构,根据偏转关节运动特性提取了偏转关节运动方程,建立了机械臂末端位姿解算方法。通过将末端位置参数解耦至距离参量、高度参量、周转角参量,依次建立了关节转角求解公式,获取了偏转关节机械臂全部运动学解析逆解。偏转关节机械臂仿真结果验证了运动学解算方法的可行性与准确性。

仿人机械手臂结构设计与运动学分析

针对真人在驾驶员注意力监测系统性能测试中重复性执行单一动作存在易疲劳等问题,设计了一种模拟驾驶员接打手持电话和抽烟等行为动作的仿人机械手臂。首先,基于外骨骼的设计方法,进行机械臂和仿生手的结构设计;然后,利用改进的D-H法建立机械手臂运动学模型,进行正逆运动学求解和工作空间分析,并在Adams软件中对机械手臂进行动力学仿真,获得了其运动特性与负载特性。仿真结果表明,该机械手臂结构设计合理,关节柔性执行器选型满足要求。

基于关节双位置反馈的柔性协作机械臂零力控制

零力控制是协作机械臂实现拖动示教的核心问题之一,目前方法多依赖于附加力/力矩传感器,其虽能保证测量精度,但会增加系统复杂程度及成本。提出一种基于关节双位置反馈的柔性协作机械臂零力控制方法,该方法可在无外加传感器条件下实现机械臂零力控制。首先,基于波发生器与柔轮柔性特性,建立了谐波传动关节的动力学模型;其次,基于谐波传动关节刚度辨识方法,建立了基于双位置反馈的柔性关节力矩估测方法;再次,建立了简化重力矩补偿模型,并考虑关节转动过程中的粘滞摩擦和Stribeck库伦摩擦,完善了关节摩擦力矩模型,基于此,实现对关节重力矩和摩擦力矩补偿,实现机械臂零力控制;最后,搭建谐波传动一体化关节和机械臂样机平台,并进行了实验研究,结果表明,所提方法可有效实现无附加力/力矩传感器条件下的谐波传动机械臂零力控制。

现代设计技术在农业机械工程设计中的应用研究

随着经济的快速发展,我国的农业和科技也在不断发展。将新的技术应用到农业机械工程设计中是发展农业机械制造的必要手段,农业机械制造的发展不仅能提高农业生产力,还能节约资源,进而推进现代农业的发展。文章主要对现代技术的特点进行阐述,并对现代设计技术在农业机械工程设计中的应用进行分析,希望为农业机械的发展贡献一份绵薄之力。

数值仿真工具在“机械振动学”课程教学中的应用

随着科学技术发展,数值仿真模拟为抽象理论知识的学习及应用提供了可视化、低成本、高效率之新途径。基于ABAQUS有限元软件,以复杂服役环境下DF-17导弹振动抑制为工程背景,以梁的横向振动模态为研究对象,分别模拟计算五种常见梁的前三阶横向振动固有频率及振型。与理论推导结果对比,进行误差分析,验证梁模型的适用条件。数值仿真模拟与理论学习的有机结合将有效强化学生对振动基本理论的理解,提高先进工具应用能力和问题分析能力。

基于博弈理论组合权重的工业机器人可靠性指标分配研究

针对工业机器人可靠性指标分配存在认知不确定性问题,文中提出了一种基于博弈理论组合权重的工业机器人可靠性指标评估方法。该方法考虑有效数据资料不完整和主观影响因素的不确定性,结合犹豫模糊集与灰色关联理论,将工业机器人影响较大的因素进行细化分析,建立了二层影响因素分配数学模型。首先,分析了一层影响因素之间的关联性,避免了由于独立考虑各指标给计算结果带来偏差;在此基础上引入基于离散正态分布的有序加权(OWA)评价法,避免了个别决策者不公正或者评价不准确的主观因素对决策结果造成的负面影响;最后,采用博弈论的组合赋权思想计算出分配的综合权重,进行可靠性分配,为工业机器人的设计及可靠性评估提供参考依据。

基于并联机构的抓书机械手设计与分析

为满足智慧图书馆存、取书的需求,本研究设计了一款专用于智慧图书馆的抓书机械手。根据实际抓书工况的需求,基于Soildworks软件设计出一款末端执行器,并对末端执行器进行有限元分析。对并联机构建立笛卡尔坐标系,最后基于蒙特卡洛法对工作空间进行仿真验证。本研究最终将设计所得的末端执行器与并联机构相结合,得到一款能够快速、稳定抓取书本的机械手。根据仿真结果可知,所设计的抓书机械手可达到实际工况要求。

基于改进RRT*算法的七自由度机械臂避障路径规划

针对传统的快速扩展随机树(rapidly-exploring random tree,RRT*)算法应用于高维空间冗余机械臂路径规划时存在过多无用节点和无效节点而导致规划失败等问题,提出一种改进的节点控制快速扩展随机树(nodes-controlled RRT*,N-RRT*)算法。首先,提出随机树节点扩展控制策略,改善了随机树节点扩展的盲目性,同时减少了无用节点的生成;然后,针对随机树在扩展时可能产生无效节点的问题,提出随机树节点扩展能力检测策略,减少了无效节点的生成。最后,采用MATLAB软件进行了多障碍静态避障路径规划仿真实验,结果表明,与基本RRT*算法相比,N-RRT*算法可减少规划时间和障碍节点,并能提高规划成功率,为机械臂路径规划提供了一个新的研究思路。

白洋淀沉水植物机械收割对淀区水质影响分析

为了解决白洋淀内源污染问题,对淀区沉水植物进行适时收割十分有必要,因此,考察了沉水植物机械收割对淀区水质及富营养化状态的影响,并定量分析了沉水植物收割对淀区水体所贡献的氮、磷削减量,为白洋淀水草收割提供理论指导与数据支持。结果表明,植物机械收割会对淀区水体造成一定程度的扰动,致使水体浊度增加,并且水体溶解氧浓度平均降低1.78~3.61 mg·L~(-1)。但是,与处于植物生长期和衰亡期的淀区水域相比,经过植物生长末期收割的水域其有机物、总氮、氨氮、总磷平均浓度分别减少了28.0%~35.3%、55.8%~69.1%、25.0%~33.3%、50.0%~90.9%,说明通过收割将植物残体带出水体,可有效避免植物衰亡腐解向水体中释放有机物和氮磷等污染物,以叶绿素a、总磷、总氮为代表的营养状态指数也分别下降了81.8%~87.3%、17.3%~31.4%、17.6%~42.6%,水体富营养化程度从轻度/中度富营养降到贫/中营养,且每收割1 t沉水植物所贡献的淀区氮削减量为39.4~49.6 kg、磷削减量为2.30~3.18 kg。

面向工业企业的能耗智能监测系统设计

针对当前工业企业厂区规模大、能耗监测点数量多且分布范围广等问题,设计基于物联网的能耗智能监测系统。系统由以STM32F103C8T6为核心的采集终端与以i.MX287为核心的智能网关组成,实现能耗数据的分布式采集、传输、解析和计算要求。设计基于GA-LSTM算法的云雾融合模型对企业能耗值进行预测,进而发现能耗节约空间,指导企业制定生产和调度计划,从而更好地实现节能减排的目的。测试结果表明,系统具有良好的稳定性和实时性,能耗预测准确性较高,有一定的应用与推广价值。

基于解决复杂工程问题能力培养的课程体系建设

解决复杂工程问题能力是我国现代工科高等教育OBE理念下人才培养的核心,以河北工业大学机械工程学院机械设计制造及其自动化专业的课程体系建设为例,学生由获取知识到以获得解决复杂工程问题的能力为目标,探讨课程体系建设、实施与培养学生解决复杂工程问题能力的逻辑关系以及培养方案的实施。通过毕业设计教学环节的课程目标,具体说明了专业培养学生在工程设计中应用深入系统的工程理论识别、表达和分析复杂工程问题并提出合理解决方案的能力。在教学环节设计和实施过程中,培养学生在工程实践中综合应用基础理论进行问题分析、提出解决方案、进行科学研究、获得有效结论的能力。