以工程创新能力为导向的“机电一体化”课程教学模式探索

【目的】“机电一体化”是机械电子工程专业的重要基础课程,是培养机械电子工程专业学生创新能力的重要载体,需要围绕更好提升学生工程创新能力而不断探索改进教学模式,探讨新教学理念与教学技术,提升教学效果。【方法】课题组结合机械电子工程学科特点,提出“机电一体化”课程教学模式从“理论教学为主,实践教学为辅”转变为“理论教学、实践教学与工程教学相互支撑”的模式,从教学目标、教学内容和教学模式等方面剖析理论教学、实践教学与工程教学三个阶段。理论教学应注重知识结构完整性,实践教学可加深对理论知识的理解,工程教学注重问题分析能力和知识灵活运用能力,以工程案例教学和工程项目教学相结合的模式,展示其教学要点。同时,围绕创新能力培养,在总结创新能力培养的一般方法的基础上,提出以科研项目为支撑开拓学生视野并锻炼学生良好思维的方法。【结果】可以引导学生总结和反思所学内容,帮助他们进一步深化理解和应用所学知识,有效提高了学生的学习兴趣和主动性,提高了学生的实际应用能力和创新能力,培养了学生解决实际工程问题的能力。【结论】在机电一体化理论教学中,教师结合具体的案例和实践,加强学生的理论与实践的结合,可提升“机电一体化”课程教学品质,对提升机电领域创新人才培养质量有较好的启发意义。

一种新的超声刀能量发生器的设计与验证

目的目前国内超声刀的品牌越来越多,但关于超声刀能量发生器的研制和参数优化的相关文献非常少。该文旨在研发一种新的超声刀能量发生器,用于进行不同控制模式、不同参数调节的研究工作。方法自主设计超声刀能量发生器硬件,使用FPGA+DAC构成直接数字合成器(DDS)实现频率调整,采用开关型E类功率放大器来降低系统发热;在算法设计上,采用小步长频率跟踪策略,使系统工作于谐振状态,同时采用PID算法实现恒电流和恒功率输出;最后开展性能测试实验。结果DDS调整频率的最小步长为0.0116Hz,频率跟踪在切割过程中始终保持锁相稳定;恒电流输出使超声刀在空载和带载状态下均具备良好的切割性能,工作过程中电流波动小于1mA,切割速度随着电流的增大明显加快。在带载状态下,300mA恒电流模式切断小肠时间为(8.01±0.35)s,热损伤宽度为(3.57±0.23)mm。结论该方案下的超声刀能量发生器可以实现高精度的频率跟踪和稳定的恒流输出,该套设备为超声刀能量发生器的设计提供了可行的方案。

基于混合算法优化BP-PID控制的负压吸引器研究

负压伤口治疗技术(Negative Pressure Wound Therapy, NPWT)是一种创面治疗新技术,负压吸引器应用该技术广泛应用于临床伤口愈合治疗中。真空泵作为负压源是主要的工作部件,针对其存在外部干扰、传感器延迟以及建模不精确等引起的负压强度不稳定的现象,提出一种应用于真空泵的连续负压控制优化方法。首先,提取真空泵及导管等的关键参数,建立负压吸引器创面治疗过程中的数学模型;其次,结合BP神经网络和PID控制,通过识别并优化真空泵伺服动态控制参数,并反馈到控制器输入端;最后,引入灰狼算法(GWO)与粒子群算法(PSO)的混合算法优化BP神经网络,进一步提高神经网络的精度。通过仿真,与传统PID、BP-PID及PSO-BP-PID相比,所提出的混合算法分别提前了1.0s 、0.5 s和0.4 s,稳态误差分别减少了98%、90%和80%,且几乎无振荡和超调,并通过实验验证了应用于负压吸引器上有良好的控制效果。

下肢外骨骼助力机构及滑模步态轨迹跟踪控制方法

构建高精度下肢外骨骼步态方法有助于下肢康复效果的提升。针对下肢外骨骼辅助残疾患者康复治疗时电机跟踪精度不足的问题,基于下肢结构建立动力学模型,并设计线性执行机构驱动的外骨骼结构模型。为提高步态输出精度,减小外骨骼工作时外部干扰的影响,设计了一种结合非线性干扰观测器(Nonlinear Disturbance Observer, NDO)的滑模(Sliding Mode Control, SMC)控制方法,并使用优化器对控制模型参数全局寻优,获得最优反演滑模控制律参数。通过比较SMC与NDO-SMC在引入干扰信号下的跟踪精度,发现NDO方法可有效减少外部干扰的影响,使跟踪精度提升31%;比较SMC与AO-SMC控制器的轨迹跟踪误差,优化器相较于遗传算法在控制算法参数收敛速度方面有较大提升,并使步态轨迹跟踪精度提升了63%。

基于FPGA的超声手术刀频率跟踪技术设计

超声手术刀在工作过程中由于超声换能器的声阻抗变化、自身发热等情况导致其谐振频率产生漂移,驱动信号的频率难以准确地工作在换能器的谐振频率处,从而导致超声换能器停震或损坏。为解决上述问题,采用等效电路法分析超声换能器的谐振频率特性,设计基于FPGA的频率跟踪方法实时跟踪超声换能器的谐振频率。首先利用DDS产生频率可调节的驱动信号,然后设计相位检测模块实时检测换能器电流和电压的相位差,同时为了提高跟踪效率,通过PID算法进行控制以实现频率跟踪。实验结果表明,所设计的频率跟踪方法可以快速实现频率跟踪,跟踪误差保持在±2Hz内,避免了跟踪过程中出现的反谐振频率跟踪和失锁等问题,具有响应速度快、鲁棒性强等优点。

基于CCD传感器和DSP的数粒机系统设计

应用数字信号处理器(DSP)与线阵CCD设计了先进的数粒机系统,替代了传统系统中的PLC与光电池。以DSP为控制核心,将喂料、检测计数、装瓶及人机界面等子系统有机集成在一起,采用边缘检测原理实现药粒的检测和计数,设计的数粒机系统具有受粉尘影响小、数粒速度快等特点,适用于各种形状尺寸药粒的检测计数,实际应用证明了系统设计的先进性、可靠性和快速性。

面向超声刀能量发生器的嵌入式DSP控制系统设计

超声手术刀在工作过程中,对能量发生器控制系统的实时性和稳定性有着较高要求。针对这些要求,设计一种基于DSP的超声刀能量发生器控制系统,该系统以主频达200 MHz的TMS320F28377D为主控芯片,通过芯片的ePWM模块、IIC模块、SPI模块和SCI模块完成对供电电路、驱动电路、反馈电路和人机交互系统的控制,产生驱动超声刀工作的正弦交流信号,调用CLA对采样信号进行运算并执行PID控制程序,完成对整个能量发生器系统的闭环控制。相比于数据运算和控制功能全部由CPU完成的MCU控制系统,协同使用CPU和CLA的控制系统运算速度更快、控制周期更短。采用恒定输出电流的功率控制策略,可最大限度地提高超声刀工作的稳定性,实现通过屏幕控制系统,并将系统的电压信号、电流信号等参数实时显示到屏幕上。

基于光电倍增管的化学发光免疫检测系统的研制

基于光电倍增管(PMT)设计了全自动化学发光免疫检测总体方案,以泌乳素(PRL)作为检测对象,标记酶采用辣根过氧化物酶(HRP),发光体为Pierce的鲁米诺(激发底物),对化学发光免疫检测系统PMT数据进行处理。通过检测5种不同浓度的HRP稀释液的发光数进行标定,后对数据进行线性化处理,得到PRL浓度与发光数的关系。两检测样本PRL分别取阳性范围浓度值(样本A)和阴性范围浓度值(样本B),同时将检测结果与LUMO与Liaison两种化学发光仪的检测结果进行比较。对于样本A,本系统、LUMO和Liaison的检测结果分别为51.724、46.198、43.792 ng/mL;对于样本B,本系统、LUMO和Liaison的检测结果分别为11.702、15.133、8.069 ng/mL。实验结果表明,所设计的全自动化学发光免疫检测系统可以确定被测样本的阴阳性,能够满足免疫分析应用需求。

基于CPLD和DSP的线阵CCD检测系统的设计

基于CPLD和DSP设计了线阵CCD检测系统,CCD的时序驱动由CPLD实现,经过运放后的视频信号由TMS320F2812进行采集和处理,此检测系统已成功应用于医药包装行业的数粒机系统,能够可靠地实现Φ2mm以上各种形状的药粒计数,计数速度可达3000-8000粒/分钟。

疫情期间基于OBE“机械原理”翻转课堂教学实践

面对突如其来的新冠疫情,教师与学生的关系变成了主播与粉丝的关系,因物理空间隔离,传统的教学模式发生了巨变,线下变线上,停课不停学。"机械原理"是专业必修基础课程,对于建立学生初步方案设计能力,掌握机构设计有着至关重要的作用。疫情期间,本课题小组借助腾讯会议和超星平台,基于OBE(成果导向教育,Outcome-Based Education)理念,采用翻转课堂教学形式,设计、实施和评价教学各环节,充分调动学生学习主观能动性和个性化学习优势,引导学生达成知识、能力和素质三维教学目标,有效提高了本课程的教学质量和教学效果。

《PLC原理与应用》课程教学研究与实践

探讨《PLC原理与应用》课程的一种教学新模式,包括三个主要环节:采用系统案例教学、在自主研发的带PLC功能的触摸屏上动手实践、灵活考试机制。在总学时少的情况下,更好地保证了教学效果,让学生掌握了理论知识,并且让学生有较高的自学能力;在国家关于"卓越工程师"计划的潮流中,采用此方法 ,又与企业联合,培养出了一批实际应用和创新能力高的学生。

用触摸屏、PLC和单片机实现十八路皮毛机自动控制

本文主要介绍了皮毛机自动控制原理，利用自主开发触摸屏产品，结合PLC和单片机等工业控制设备，实现了十八路皮毛机的自动化控制。

高校学生党建的有效性研究

本文分析了目前高校学生党建工作中的现状与存在的问题,强调了高校党建工作的重要性,并对新时期高校学生党建工作有效性做了一些深入思考.

机械类专业课程教学研究与实践

以微机原理课程为实例探讨机械类专业课程的一种教学新模式,主要包括三个环节:采用案例系统教学、在自制开发板上动手实践和灵活考试机制。在总学时不断压缩的形势下,更好地保证了教学效果,让学生掌握了理论知识,并且让学生有较高的自学能力;在国家关于"卓越工程师"计划的潮流中,采用此方法,又与企业联合,培养出了一批实际应用和创新能力高的学生。

工业机器人定位精度标定技术的研究

机器人末端位姿的精度依赖于各关节几何参数的精度。为了提高机器人的位姿精度,本文提出了一种简单实用的机器人标定方法。通过建立运动学模型,运用激光跟踪仪对位姿进行精确测量,同时通过对D-H算法求逆运动学方程进行改进,求得几何结构参数,进行第一次标定。将第一次标定后的结果对D-H参数进行误差修正,然后应用线性方程最小二乘法对机器人进行二次标定。最后,从机器人标定前后的最大误差,算术平均误差,均方根误差3个评价指标上,验证了该标定方法提高了机器人的绝对定位精度。

基于给定工作空间的6R型机器人D-H参数优化设计

运用解析法分析并确定了影响6R型机器人工作空间的相关关节,进而运用图解法获得了6R型机器人工作空间边界曲线,并建立了6R型机器人工作空间的三维仿真模型。为了得到紧凑的结构,在给定工作空间的情况下,利用遗传算法对6R型机器人的D-H参数进行优化设计,得到了满足约束条件且使机器人连杆长度最小的最优解,并通过6R型机器人三维模型工作空间验证了优化结果的合理性。

曲线识别技术在机器人中的应用

以VC++作为开发工具,运用开源的计算机视觉库OpenCv,采集图像信息,进行图像处理,得到轨迹曲线的数据,控制实验室UP6机器人,使机器人手部跟踪曲线的轨迹运动。在工业自动化上有一定的价值。

基于滑模变结构控制的车载摄像稳定平台的干扰力矩补偿研究

车载摄像在工作时会随着车辆颠簸。这会造成摄像焦点难以捕捉的问题。本研究所设计的稳定平台传统框架结构具有三维的传动轴进行补偿,保障了摄影器材能够跟踪拍摄物体。考虑到实际工况中会有干扰力矩对稳定平台造成控制误差,本研究采用滑模变结构控制方法对平台进行控制以实现干扰力矩补偿,并将指数趋近律和幂次趋近律相结合以消除抖振的影响。经仿真实验表明,本研究所设计的车载摄像稳定平台采用的控制方法相较于传统PID控制,具有更快的响应速度,并且能消除由于摩擦产生的平顶现象,相较于指数趋近律,采用指幂趋近律的控制方法能够补偿由于负载不平衡带来的角度偏转误差,并能明显消除抖振影响。

基于LabVIEW的双向遥控钥匙寿命检测系统

设计了基于LabVIEW平台的双向汽车遥控钥匙寿命自动检测系统,替代了传统的人工检测,提高了检测精度和效率。在LabVIEW开发环境中使用VISA进行串口通讯控制气缸的动作实现自动按键,实现遥控钥匙向车载板发送高频信号,同时也可以接收汽车的反馈信号。通过GPIB接口实现了安捷伦频谱仪的实时控制和数据采集,使用SQL语言实现了两种数据库查询的方式。并已成功将此系统用于工业现场。

基于LHPN算法的手势姿态估计方法研究

随着广大用户越来越追求人工智能产品的体验,手势姿态估计存在广阔的应用前景,但也是当今计算机视觉的难题。针对目前自顶向下的姿态估计模式容易受视觉传感器与目标检测精度的影响,本文提出基于轻量级手势姿态网络(LightweightHandPoseNet,LHPN)算法的手势姿态估计方法,该算法采用ConvolutionalPose Machines(CPM)算法的多层次顺序结构,在每个阶段后隐式地将上下文信息融合,并设计了轻量级主干网络,以提升手势姿态估计的综合性能。基于STB数据集对比分析不同内部结构的LHPN算法性能,并与典型算法进行对比。实验结果表明,LHPN算法能够对手势姿态进行准确估计,与CPM算法相比,在AUC方面提升了0.5%,在每帧图像运算时长方面减少了0.1358 s。