“大数据与云制造”课程教学探索与实践

“大数据与云制造”作为一门将制造技术与信息技术深度融合的课程,对拓展学生创新思维,构建具有时代特征的智能制造知识体系具有重要意义。基于机械工程专业学科背景,探索了“大数据与云制造”课程的课程组织、教学模型、课程内容设计与考核等环节,通过将大数据和云制造两个维度技术融入其中,并围绕理论教学内容引入行业典型实践案例,优化教学环节和教学活动,以提高学生从大数据与云制造角度分析和解决复杂工程问题的能力和信心,为“新工科”背景下本科课程建设与探索提供参考。

面向复杂机电产品的刚柔混合装配过程仿真技术

针对复杂机电产品虚拟装配仿真中线缆的几何拓扑结构复杂且在装配过程中会产生形变,从而导致装配过程仿真困难的问题,提出一种面向复杂机电产品的刚柔混合装配过程仿真技术。建立了基于物理属性的线缆形变模型,通过该模型对柔性线缆的形变进行了实时精确模拟;建立了适用于装配仿真的柔性线缆信息模型,用于描述线缆复杂的拓扑、几何和物理属性信息,并实现了操作约束信息的有效组织和存储;在此基础上提出一种柔性线缆的碰撞检测方法,实现了柔性线缆与刚性件的碰撞以及柔性线缆自碰撞的实时检测;最后,建立了面向复杂机电产品的刚柔混合装配过程模型,实现了对柔性线缆和刚性零件的装配过程仿真信息的统一描述。基于以上研究,设计并开发了刚柔混合装配过程仿真系统,并通过实例验证了该方法的可行性。

基于混沌粒子群算法的柔性线缆装配序列规划技术

针对复杂机电产品中柔性线缆装配序列自动规划难题,提出了一种基于改进粒子群算法的柔性线缆装配序列规划方法.首先确定了线缆装配的约束条件,在此基础上以线缆装配优先等级、线缆长度、直径、弯曲半径、分支数为综合优化目标,建立了线缆装配序列规划的数学模型;然后对标准粒子群算法进行离散化处理,使之适用于装配序列规划问题的求解;在此基础上分别对装配序列的初始化和算法的搜索策略进行改进;最后将所提算法应用到某型号卫星结构板的线缆装配序列规划过程中,验证了其可行性与计算效率.

基于位置动力学的线缆运动过程仿真方法

针对虚拟环境下活动线缆的运动仿真问题,提出一种基于位置动力学的线缆运动过程仿真方法。该方法首先建立离散Cosserat杆模型描述线缆位姿和变形,并构建约束函数来限制线缆变形和避免线缆发生干涉。随后基于位置动力学进行线缆运动仿真:在每轮位姿求解时,先结合受力与速度预估离散点位置,然后修正离散线缆位姿以满足约束要求,并更新离散点的位置与速度,重复进行上述步骤完成运动过程仿真。最后建立了系列验证实例,对线缆的拉伸、弯曲和扭转变形以及碰撞的响应进行了仿真,并分析比较了不同材料线缆的变形结果,验证了该线缆运动仿真算法的良好计算速度和仿真真实性。

光纤陀螺仪光纤尾纤装配动力学建模仿真与应力计算方法

光纤陀螺仪(FOG)中光纤尾纤的装配主要依靠工人手工完成,装配应力控制凭借人工经验,一致性难以保障。针对光纤装配应力定量控制的难题,提出一种基于离散微分几何理论的光纤动力学建模仿真方法。首先,基于离散微分几何理论建立了光纤运动学框架,并由弹性势能推导了包含拉伸、弯曲和扭转变形的光纤动力学方程以及应力计算方法。其次,提出了基于Newmark隐式算法的光纤动力学方程数值求解方法,并设计了光纤在装配过程中与周围物体的碰撞检测与响应策略。随后,进行了光纤圆周布设和弯扭变形的仿真测试。结果表明,光纤控制端与固定端之间的自由长度越短,光纤圆周布设的位置越精确;光纤截面半径越大,在同样的扭转角下光纤产生的弯扭变形程度越大。最后,设计了一种光纤陀螺仪装配布局,并通过动力学仿真得到了光纤装配过程的应力分布及最大应力变化,为陀螺仪光路低应力装配与路径规划提供了理论支撑。

柔性线缆的机器人自动敷设关键技术与发展趋势

柔性线缆在机电产品中大量应用,其敷设工作是一项非常重要、但又繁琐而复杂的任务。随着机器人技术的发展和普遍应用,柔性线缆的机器人自动敷设技术逐渐引起了国内外学者的关注。柔性线缆的机器人自动敷设问题归属于柔性线缆的机器人自动规划问题,首先对柔性线缆的机器人自动规划技术的研究现状进行了总结;然后对柔性线缆的机器人自动敷设问题进行了分析,围绕平面上柔性线缆的机器人自动敷设过程,提出了柔性线缆机器人自动敷设的整体流程,介绍了其中的关键技术,包括柔性线缆的物性建模、运动学约束、碰撞接触响应、机器人单/双臂控制自动敷设和图像处理等的实现方法,并结合实例进行了仿真和实验验证;最后对柔性线缆的机器人自动敷设技术的未来发展趋势进行了总结与展望。