一种由人类步行启发的半被动双足步行机器人

针对半被动双足步行机器人所采用的控制方法大多较为复杂,并且缺乏控制参数对机器人性能影响的定量分析,从人类步行的生物力学研究得到启发,提出一种半被动双足步行机器人的控制方法,并定量分析该控制方法各参数对机器人性能的影响。在机器人摆动腿与地发生碰撞后开始于髋关节处施加方波力矩,作为动力输入。采用步态敏感范数衡量机器人的稳定性,采用无量纲步行能耗衡量机器人的步行效率。以稳定性、效率和步行速度作为机器人性能评价指标,通过仿真得到力矩、力矩作用时间和斜坡角度3个参数对机器人性能的影响。由于力矩在1个步行周期中没有做负功,该机器人具有与人类步行相似的高能量效率。该机器人能够实现沿上坡、下坡和平地步行。

弹簧刚度对被动步行的稳定性影响

由人类步行的生物力学研究得到启发,在被动双足步行机器人的髋关节处引入了扭簧,并通过仿真和试验研究了弹簧刚度对被动步行稳定性的影响.在仿真中,用胞映射方法计算被动步行机器人的吸引盆,并用吸引盆来衡量机器人的稳定性,研究了弹簧刚度对被动步行吸引盆大小的影响.仿真结果表明,吸引盆随着弹簧刚度的增大而增大.在试验中,使机器人在各弹簧刚度参数下沿斜坡向下行走100次,记录下行走到头的次数作为稳定性的度量.试验结果表明,存在一个大小适中的弹簧刚度使机器人稳定性最大.对弹簧提高机器人稳定性的原因进行了分析,对造成仿真与试验之间差异的原因进行了分析.

250t钢包精炼底吹氩吹孔位置优化的水模型试验

采用几何相似比1:3水模型,对250 t钢包底吹氩位置优化进行模拟试验,用电导法测定了单孔喷吹、双孔夹角90°和180°对称喷吹在至钢包中心不同距离处(0.37~0.61 R)采用不同吹气量(5~25 m^3/h)时钢水的混匀时间。试验结果表明,单孔底吹氩,吹孔距钢包底部中心0.61 R(R为钢包底部半径)时混匀时间最短;双孔喷吹对称分布的混匀时间比单孔喷吹的混匀时间短;当双孔喷嘴0.61 R对称分布时,混匀时间最短,死区最小,且双孔喷嘴间距由0.37 R增至0.61 R时混匀时间明显减小。

基于BP神经网络的被动步行稳定不动点的估算

建立了被动步行机器人的动力学模型.使用BP神经网络对被动步行稳定不动点进行估算,并将估算值作为Newton-Raphson迭代的初值来求解稳定不动点.该方法解决了以往利用非最简模型求解不动点时,由于初值选取不当所造成的搜索成功率低以及搜索时间长的问题.在获取训练样本时,参数变化较小时不动点的变化很小;利用这一特点,在计算相邻两个样本的不动点时,只使一个参数发生较小的变化,并将本次使用Newton-Raphson迭代搜索得到的稳定不动点作为搜索下一样本不动点时的初值.使用1000组随机产生的参数对所得神经网络进行测试,结果表明该方法可以大幅提高稳定不动点的搜索成功率,大幅缩短搜索时间.

被动步行机器人稳定性能研究综述

介绍了被动步行机器人工作原理,并针对其稳定性能较差的缺点对稳定性判别及抗扰动能力计算通常采用的方法进行综述,归纳出从生物力学研究成果中获取灵感以提高其稳定性能的方法。

二流连铸中间包内型优化水模试验

以相似原理为基础,用水模拟钢液研究中间包内的钢水流动特征,通过测定模型中间包内停留时间分布曲线(RTD),计算其平均停留时间及死区、活塞区和混合区的体积。试验表明,经过改进的中间包,其最短停留时间由20 s增加到54 s,平均停留时间由249 s增加到305 s,死区体积则由30.34%降低到14.74%,优化了中间包内的流场。

磁力驱动搅拌器的径向刚度特性分析

磁力搅拌器搅拌时存在搅拌桨叶径向跳动较大的情况,影响物料的搅拌效果,也会减少搅拌器的寿命。建立了磁力驱动搅拌器的三维模型,并通过Optistruct及Romax有限元分析软件对磁力驱动搅拌器的径向刚度性能进行仿真分析,研究了轴承配置方式对搅拌器径向刚度的影响,在隔离环与外永磁体基座之间采用2种轴承配置方式:(1)采用一对6005深沟球轴承;(2)采用一个6005深沟球轴承和一个3204双列角接触球轴承,得到了较为优化的轴承配置组合(2),与轴承配置组合(1)相比,搅拌轴末端的径向位移下降了26.9%。并分析了隔离环厚度对搅拌轴最大位移、应力和模态的影响,并得到了较为合理的隔离环壁厚参数。

55钢铸坯堆垛过程热-力耦合数值分析

建立了55钢铸坯堆垛过程热-力耦合数学模型,并对计算结果进行了验证。分析了不同堆垛条件(堆垛初始温度、堆垛高度和铸坯宽度)对铸坯温度和应力的影响。研究表明,堆垛顶部铸坯冷却速度最快。堆垛铸坯温度高于55钢相变温度(Ar_3、Ar_1温度分别为755℃和690℃)时,中间铸坯温度出现一平台,堆垛有利于缓解铸坯内部热应力和相变应力。随堆垛高度和铸坯宽度增加铸坯冷却速度先是降低较快,而后变化不大。堆垛顶部和底部铸坯在堆垛过程中受到的是拉应力,中间铸坯为压应力。堆垛铸坯表面应力大,应力不均匀是铸坯产生裂纹、变形等质量问题的原因。根据以上研究结果,建议在堆垛铸坯表面覆盖一层保温罩,以减小表面热损失和55钢铸坯表面应力;不在55钢相变温度范围进行堆垛和拆垛操作;另外,铸坯堆垛高度应与铸坯宽度相匹配。

梅山2号板坯连铸低碳钢铸坯质量研究

对梅钢2号板坯连铸机低碳钢浇铸的质量问题进行了调研,并采用低倍、硫印、显微金相分析、扫描电镜、能谱及全氧量分析等多种手段,研究了不同浇铸条件下铸坯质量缺陷与工艺条件的关系。研究结果表明非稳态铸坯质量明显低于稳态铸坯质量。同时,未观察到由结晶器卷渣形成的大型夹杂,铸坯的缺陷主要为气孔、Al2O3及复合铝酸盐夹杂。全氧分析表明,铸坯w(T[O])平均为20.86×10-6,且最大值不超过27.00×10-6,相同工艺条件下,该板坯质量处于较高水平。

改进集成噪声重构经验模式分解的微弱时频特征增强方法及应用

基于噪声利用机制,集成噪声重构经验模式分解方法(Ensemble noise-reconstructed empirical mode decomposition,ENEMD)利用原信号中固有噪声分量改善模式混淆现象,并通过固有噪声分量的相互抵消作用实现信号降噪。然而,该方法中关键噪声估计技术采用类硬阈值处理方式,忽略系数之间相关性。为此,研究基于相邻系数降噪原理的ENEMD噪声估计技术,提高固有噪声分量估计的准确性。在此基础上,将改进ENEMD方法引入Hilbert-Huang变换中,提出改进ENEMD的微弱时频特征增强方法。该方法以无模式混淆的本征模式分量(Intrinsic mode function,IMF)准确表征微弱故障信号的瞬时频率,并以降噪IMF有效提高时频谱信噪比,消除时频谱中噪声杂点,显著提高信号时频表示的分辨率,增强微弱故障的时频表征并突显局部故障征兆,为机械早期和微弱故障识别提供有效手段。工程实例表明该方法有效揭示空气分离压缩机碰撞与摩擦故障征兆,并成功提取重油催化裂化机组早期微弱碰摩故障特征。

身临其境 心临其境

上海十报一刊特写千字文评比已经揭晓,上期本刊发表了荣获一、二等奖的名单(三等奖从略)。本期发表四位一等奖得主的采写体会。

磁力驱动搅拌器的磁转矩特性分析及配置优化

根据现有设备,建立了磁力驱动搅拌器的三维模型,并通过Maxwell有限元分析软件对磁力驱动搅拌器的磁转矩性能进行仿真分析,通过控制其他磁体参数不变,改变影响磁转矩特性的参数,研究了磁极数、磁体厚度、内磁体厚度、磁体长度等参数对最大磁转矩及磁转矩密度的影响。得到了一组较优的参数组合,该参数组合可以实现在满足磁转矩的要求下,磁转矩密度值也较大,与参数分析中的磁转矩密度值进行对比,为最大。

自适应多小波混合构造方法及在故障诊断中应用

小波理论中基函数的逼近阶和消失矩特性都是信号处理中非常重要的性质。传统自适应多小波构造方法仅能对逼近阶或消失矩单一特性进行改造,并且所生成的多个基函数时频特征和波形差异较小,难以有效实现复杂动态故障的自适应提取与识别。为此,提出基于两尺度相似变换和提升方法相结合的自适应多小波混合构造框架,对原有多尺度函数和多小波函数进行线性与非线性组合,扩大多小波改造空间,获得具有高阶逼近阶的多尺度函数和消失矩涵盖多阶次的多小波函数,增强多小波正则性、光滑性、信号逼近能力和局部定位能力,并提高信号分析精度,为复杂动态信号中微弱和复合故障特征提取与识别提供优良性质的自适应基函数及诊断方法;为按需优选自适应基函数,提出改进局部故障域谱熵最小化原则的自适应基函数优选方法,实现轴系、齿轮和轴承故障的分门别类优选,简化故障分类模式。工程实例表明该方法可以有效识别复杂背景噪声干扰下的轴承内圈微弱损伤,并成功诊断出空气分离压缩机组齿轮箱止推夹板碰撞与摩擦的多特征复合故障。

射钉法测定590DP铸坯凝固终点位置

介绍了射钉法连铸板坯凝固终点位置的测定方法。通过实测铸坯凝固坯壳厚度,测定了590DP连铸板坯的的凝固终点,确定了在不同连铸工艺条件下奥钢联连铸机的综合冷却系数,为数学模型提供边界条件。通过射钉法测定的连铸板坯凝固终点,优化了动态轻压下工艺参数,提高了连铸板坯中心内部质量。

超低碳钢连铸板坯皮下缺陷的研究

连铸坯皮下缺陷对后续热轧钢板表面质量合格率影响较大。应用扫描电镜分析、能谱分析和显微镜技术等分析手段,研究了超低碳钢铸坯皮下缺陷的类型及形成的起因。该类缺陷发生在热轧卷宽度方向上无明显规律,在轧制延伸过程中造成钢板分层开裂并形成翘皮缺陷。结果表明：大部分缺陷都是夹杂物氧化铝、氧化钙等,同时附有气泡,而单纯是夹杂物或气泡和保护渣卷入的缺陷很少,与有关文献报道不全一致。结合该钢种的热轧生产数据表明：采用直弧形连铸机生产可有效改善铸坯皮下质量,使铸坯表层皮下气泡和夹杂物显著减少,热轧钢质类缺陷封锁率明显下降。形成该缺陷的主要原因是钢水中的全氧含量高和不合理的结晶器吹氩制度,结合超低碳钢的生产工艺提出了解决降低钢水全氧含量的建议。

二机二流板坯连铸中间包流场的实验研究

以板坯二机二流连铸机中间包为原型，以相似原理为指导，建立1：2的中间包模型。通过水模实验研究表明，中间包设置稳流器后死区体积平均减少了12％，钢水在中间包内的最短停留时间平均提高了30s。稳流器的增设减轻了注流区钢水对水口区的干扰，减少了水口区的临界卷渣高度，但增加了注流区的临界卷渣高度。拉速、钢包长水口插入深度及挡墙的结构均影响临界卷渣高度。在浇注大断面的铸坯时，尤其要注意中间包水口处的卷渣。

梅钢2号连铸机中间包气幕挡墙的水模研究

以相似原理为基础，用水模拟钢液研究中间包内的钢水流动特征，通过测定模型中间包内停留时间曲线（RTD），计算其平均停留时间及死区、活塞区和混合区的体积。试验表明，在中间包内通入气体后，能有效地延长钢水在中间包内的平均停留时间，有利于钢中夹杂物的上浮排除。

群策群力工作坊在技术研修中的应用

群策群力工作坊作为行动学习中的一种经典技术,被广范应用于主题实战类培训。它克服了传统培训中只通过阅读、聆听、图像等方式学习导致记忆效果不佳的弊端,而是采用讨论、发言以至动手实践的高效学习形式,符合“学习金字塔原理”。此外,由于企业培训的对象是成人,他们具有固有的知识结构和一定的学习能力,而群策群力工作坊因遵从效果、练习、联想以及有备法则,故相较于传统的培训形式更加有适用性和针对性。本文将群策群力工作坊应用于技术研修类培训中,改变了传统培训中学员被动学习知识,也改变了传统管理过程中员工被动接受指令的低效率模式,发挥了员工的主观能动性,让企业员工在学中干、干中学,实现个人能力和组织绩效的双赢。

PCB安装结构对元器件随机振动响应的影响

提出了一种不需要修改PCB元器件布局与约束方式,仅通过修改PCB安装结构实现降低PCB上元器件随机振动响应的方法。对PCB与其安装结构的组合进行模态仿真与随机振动仿真,分析PCB上元器件振动响应较大的原因,并针对性地进行了安装结构的改进设计。仿真结果表明,PCB安装结构的改进设计可以大幅降低板上电子元器件的振动响应。

“机电一体化系统仿真”课程思政的教学探索

为响应国家“课程思政”的要求,在“机电一体化系统仿真”这门课程中融入课程思政的元素,旨在培养除了具备过硬的专业技术技能外,还应具备家国情怀、哲学思维的新一代社会主义建设者。从机械专业涉及的国内外主流设计仿真软件对比方面,融入家国情怀的思政元素;从印制板及其安装盒体的模态仿真案例,融入整体与细节思维及工匠精神的思政元素;从控制系统稳定性的案例,融入事物多角度思维的思政元素。