钻杆纵-扭耦合振动的试验研究

提出了一种新型的钻杆纵-扭耦合振动模拟测试系统。基于该系统设计了单因素试验,研究了驱动转速、进给速度、钻头直径、岩样强度和钻杆刚度对钻杆振动的影响规律,并通过正交试验探究了以上各因素对钻杆振动的影响程度。单因素试验结果表明,随着转速的增加,纵向振动幅值先减小后增大,但扭转振动幅值逐渐减小;随着进给速度的增大,纵向振动幅值逐渐减小,但扭转振动的幅值逐渐增大;转速增加导致扭矩和钻压下降,而进给速度增加导致扭矩和钻压上升;采用小直径钻头,低强度岩样,低刚度钻杆均有助于减小钻杆纵向振动幅值,但均导致扭转振动幅值增加。正交试验结果表明,转速对纵向振动的影响程度最大,进给速度对扭转振动的影响程度最大。试验结果与已有钻杆纵-扭耦合振动两自由度模型的数值仿真结果基本吻合。

基于法向修正与位置滤波的散乱点云去噪算法

为解决传统点云去噪算法易造成模型的过光顺和局部失真问题,提出一种基于法向修正与位置滤波的散乱点云去噪算法。首先利用主成分分析(PCA)算法初估点云法向,对采样点的邻域点法向进行双边加权,利用加权后的邻域点法向之和估计原采样点的高精度法向;利用采样点与邻域点的平均距离及距离偏差在采样点法向上投影的标准差控制滤波参数的取值,使滤波参数能随采样点的局部几何特征自适应变化;最后将修正后的法向和参数自适应的高斯核函数结合,构建新的点云滤波模型。实验结果表明:修正后的法向偏差均方根为0.0624 rad,滤波后的点云数据的最小平均误差为0.0167 mm,最小均方根误差为0.4636μm,最大误差为0.0332 mm。该算法有效地避免了模型的过光顺和特征细节失真。

机器人焊接大型接头多道焊填充策略

提出了一种可用于机器人焊接大型V形焊接接头多道焊填充策略。通过分析各种焊道截面形状 ,给出V形接头第一层敷设一道焊道 ,由第二层开始每增加一层也相应的增加一道焊道的敷设方法 ;在采用等截面积焊道的条件下 ,推导出从第二层开始以后有近似相等的层高 ,从而提出了设定多道焊焊接层数以及每层焊道数的规划方法。该填充策略具有各焊道截面积相等、所有焊道的焊接参数均相同、规划简单及适应性强的优点 ,克服了以往填充策略中焊接参数频繁变化、焊接质量不易保证的不足。试验表明 。

基于虚拟仪器的管道环焊机器人测控系统

本文建立了基于虚拟仪器的管道全位置环形焊接机器人测控系统。在分析管道焊接机器人特点的基础上,设计了由PC和NI-PCI7344、NI-DAQ6015以及图像采集卡等组成的硬件系统结构,采用LabVIEW编程平台编制测控系统软件。实验表明该,该测控系统运行稳定可靠,可以适应复杂地形处油气管道的全位置环形焊接。

基于结构光焊缝图像预处理的研究

为了可靠跟踪焊缝,需要对结构光视觉传感器采集的焊缝原始图像进行预处理,以消除噪声的影响.首先采用一维高斯型拉普拉斯滤波器处理图像,将尺寸与激光光带宽度相差较大的噪声变为离散的小块噪声,然后采用邻域均值滤波进行平滑处理.针对焊缝图像灰度分布随机变化的特点,采用最大方差阈值法自适应选取阈值分割图像,将图像二值化.采用标记法去除小区域噪声,获得清晰的焊缝图像,为后续提取焊缝特征奠定坚实基础.实验表明,该预处理方案可满足实时焊缝跟踪的需要.

基于视觉传感器的移动焊接机器人测控系统

设计焊枪侧置的轮式移动焊接机器人并搭建基于虚拟仪器的移动焊接机器人测控系统。在分析移动焊接机器人特点的基础上,设计由PC,NI-PCI7344,NI-DAQ6015以及图像采集卡等组成的硬件系统结构,采用LabVIEW编程平台编制测控系统软件。设计自适应模糊控制器和高斯基模糊神经网络控制器对十字滑块和车轮进行协调控制。采用高斯函数作为模糊神经网络的隶属函数,利用BP算法实现模糊隶属函数和控制规则的在线修改。实验结果表明：该测控系统运行稳定可靠,其跟踪精度可始终控制在-0.4~0.4 mm以内,满足实际焊接工程的需要。

通过轴向载荷预测Ilizarov胫骨延长过程中截骨端位姿偏差的方法

背景:临床采用Ilizarov骨外固定器胫骨延长时,准确、及时预测胫骨延长过程中截骨端出现的空间移位情况比较困难。目的:通过有限元分析软件(ANSYS)加载轴向负荷并模拟采集Ilizarov骨外固定器胫骨延长的三维模型,建立一种截骨端轴向相对位移的计算方法,为临床监测截骨延长质量提供理论依据和调整方法。方法:选择1例Ilizarov骨外固定器(四杆偏心分布)行小腿延长的患者进行CT扫描,dicom数据导入Mimics建立3D模型,预处理后在Solidworks优化建模。设定胫骨断端延长20 mm,根据远截骨单位末端冠状位水平偏移量(0,4,7,10,13,16 mm)分别建立模型,采用ANSYS静力学模块进行加载(胫骨远端垂直地面200 N)和有限元分析,根据骨外固定器轴向各支撑杆载荷数据计算出合力坐标位置,计算其与胫骨截骨近端坐标的偏差大小和方向。结果与结论:(1)远截骨单位末端冠状位水平偏移量(0,4,7,10,13,16 mm)不同模型施加载荷后,合力坐标位置水平计算偏移量分别为0.8,2.9,5.4,8.3,11.8,14.9 mm,计算误差分别为0.8,1.1,1.6,1.7,1.2,1.1 mm;(2)当计算误差≥1.7 mm时合力坐标可判断截骨远端单位位移方向,为临床外固定调整提供量化依据;根据合力坐标系可以计算外固定调整方法并矫正畸形;(3)综上,通过Ilizarov骨外固定胫骨延长模型的有限元分析,建立数学模型可用于截骨远端单位轴向偏移量计算,计算误差≥1.7 mm合力坐标可判断截骨远端单位位移方向,指导临床Ilizarov外固定调整,避免骨延长过程中的并发症。

低频振动钢筋磨切系统试验研究

针对钢筋类棒料进行快速切断作业的需要,搭建了低频振动辅助磨削切割样机,通过样机试验,研究了该振动磨切系统的固有特性,确定了系统稳定工作时的主要参数(进给力和激振频率)的选择范围。进一步的磨切试验表明,在一定范围内,低频振动可以减小完成切断操作所需要的最小进给力,提高切削效率并降低温升,有效控制切割过程对人体组织的热损伤。而振动的引入也使切割过程中的平均切削力显著减小,从而使钢筋与周围组织之间的相对位移量减小,有利于降低甚至避免周围软组织因失压而出血的危险。

移动焊接机器人焊缝跟踪控制研究及仿真

为了解决轮式移动焊接机器人的焊缝跟踪问题,文中从移动焊接机器人的运动学和动力学模型出发,采用分段运动学到动力学的方法设计焊缝跟踪控制器。控制算法结合积分Backstepping算法和单层神经元网络控制算法,利用单层神经元网络的自学习和自适应能力克服机器人模型参数部分未知和扰动的影响,使跟踪更加快速、平滑。经MATLAB仿真验证了该控制算法的有效性。

基于线结构光多道焊跟踪系统图像处理

由于在焊接过程中电弧闪烁、焊接飞溅和烟尘等干扰噪声非常强 ,成为结构光图像处理的一个关键问题。根据飞溅速度急快的特点 ,提出了多幅图像进行“与”操作的有效方法 ;采用组合滤波的方法来消除电弧光的干扰。此外 ,根据线结构光光带带宽恒定和连续的特点 ,采取了LOG滤波和图像分割滤波的有效手段。经实际焊接跟踪证实 。

基于结构光焊缝跟踪系统的研究

焊缝自动跟踪对提高焊接过程的自动化程度是非常重要的，本文采用结构光视觉的方法对焊缝进行检测和跟踪，研制了一套焊缝自动跟踪系统．在图象处理方面采用"LOG滤波"和"图象分割滤波'等有效的方法，经实验证明，实际焊接时的跟踪误差小于±0．5mm，能够满足一般焊接的要求．

基于自适应共振人工神经网络的焊缝类型自动识别方法

介绍一种用自适应共振人工神经网络自动识别焊缝类型的方法。该方法首先根据不同类型的焊缝对电弧光和激光光带的影响， 将弧焊焊缝划分为 ４ 种类型， 在此基础上， 确定焊缝的特征参数， 并组成训练样本数据库， 由此抽取焊缝图像特征。制做 Ａ Ｒ Ｔ２ 人工神经网络分类器， 将 ４ 类焊缝的权值保存在其长期记忆层， 在实际分类时， 用 Ｃ Ｃ Ｄ 摄像机将检测到的焊缝特征参数输入， 处理后得到焊缝类型。对实时焊接过程中的焊缝进行跟踪实验， 跟踪精度在±０５ ｍ ｍ 之内。

碳纤维复合材料/钛合金叠层板振动辅助钻孔技术

碳纤维复合材料(Carbon fiber reinforced plastic,CFRP)/钛合金(Titanium alloy,Ti)叠层板材料两种材料加工性能差异极大,且钛合金导热系数和弹性模量低,极易产生高温螺旋长屑,不仅会影响自身孔表面质量,也会划伤和热损伤碳纤维复合材料层,这是该材料加工的主要难点。本文搭建了超声-低频振动钻孔试验台,在切削温度、钻孔质量和切屑形态等几个方面,对普通、旋转超声和轴向低频振动辅助等3种钻孔方式进行了对比分析,并对钛合金切屑造成的CFRP层损伤进行了机理探索。研究表明:相比普通钻孔,引入旋转超声和轴向低频振动可降低钻孔温度,提高钻孔质量。特别是轴向低频振动辅助钻孔方式,可有效打断钛合金切屑,切削温度比普通钻孔方式降低约45%,减轻了钛合金切屑对CFRP层的损伤,提高了钻孔质量。

基于动力学系统移动焊接机器人焊缝跟踪控制

为了解决轮式移动焊接机器人的焊缝跟踪问题,从移动焊接机器人的运动学和动力学模型出发,采用分段运动学到动力学的方法设计焊缝跟踪控制器。控制算法结合积分Backstepping算法和单层神经元网络控制算法,利用单层神经元网络的自学习和自适应能力克服机器人模型参数部分未知和扰动的影响,使跟踪更加快速、平滑。在选定系统Lyapunov函数基础上,证明了所选取的控制力矩输入使系统全局渐进稳定。经MATLAB仿真验证了该控制算法的有效性。

小波变换信号消噪技术研究

通过对信号与噪声奇异性分析,给出信号与噪声的小波变换模极大值在各个尺度上的表现截然相反的结论,并给出了一种非线性的消噪方法.该方法与传统的消噪方法不同,即不同于低通滤波器滤波,而是根据信号与噪声的奇异点性质不同进行滤波.实验结果表明,这种方法在改善信噪比的同时,又保持相当高的时间分辨率,并且计算简单,有很好的去噪效果.

多智能体技术在机电系统中的研究与应用

针对现代机电系统对可靠性和工作效率的要求日益提高的现状,提出了一种构建集成诊断、控制和监控的分散系统新思路。利用多智能体的概念,建立了集成诊断、控制和监控系统模型,分析了模型的组成和工作原理。该系统模型已成功应用于新开发的包装装箱生产线的控制与故障诊断。

专用液压机及其PLC控制系统设计

设计了一种集机、电、液于一体的专用液压机。文中给出了该机液压系统的工作原理,根据机构的工作要求设计了其PLC控制方案,并给出了硬件配置图。

面向振动颗粒康复仪按摩强度的模拟与分析

振动颗粒康复仪中,颗粒的运动特性影响康复效果,颗粒运动特性与康复仪的激振频率及颗粒层深度有关,为探究这些参数对按摩强度的影响,利用EDEM软件对康复仪按摩过程进行数值模拟。随着振动频率的增加,颗粒流对肢体模型的法向冲击按摩和切向摩擦按摩强度逐渐增大;随着颗粒层由浅到深,颗粒流对肢体的冲击按摩和摩擦按摩强度逐渐增大。募集志愿者参与试验并对康复仪按摩强度进行主观评价,得出结论与仿真一致。根据康复仪激振频率及颗粒层深度对颗粒流按摩特性的影响,为截肢患者选择合理的治疗方案。

基于PRO/E的活塞机构运动仿真及应用

机构的运动仿真分析能够有效的解决运动过程中位移、速度、加速度、力的测量,零件间的干涉、作用力、反作用力等问题。以活塞机构的运动仿真为例介绍了Pro/E运动仿真分析的具体步骤,并对活塞机构运动仿真仿获得的数据进行分析,以对其设计的机构做出评价,检验其是否已满足设计要求。仿真结果表明设计与装配符合设计要求,活塞运动正常,没有出现卡死或漏气现象。

振动促进骨愈合系统的参数识别及动力学特征

背景:骨折愈合是一个极其复杂的生物学修复重建过程,骨折端局部的力学环境在骨折愈合过程中起着调控作用。目的:设计一部骨应力刺激仪并进行动力学建模及参数的识别。方法:基于振动促进骨愈合的机制,设计了一部骨应力刺激仪。简化成了二自由度带阻尼的弹簧系统强迫振动模型,对振动促进骨愈合系统进行了主要参数的识别(橡胶弹簧的总刚度的识别,足底肌肉刚度的识别,足底肌肉阻尼的识别,克氏针弯曲刚度′的识别),得到了模拟骨痂处的振幅并进行振动促进骨愈合系统实验。结果与结论:(1)通过理论分析及试验研究并结合样机的稳定工作区间,确定了该系统在激振频率为26-40 Hz、激振力为100-350N的条件下可使胫骨骨折断端产生轴向微动,在断骨界面产生了一定的力学刺激;(2)由于仿真时忽略了外固定架对骨痂处振幅的应力遮挡作用,所以仿真结果略高于测试结果。通过拆开外固定架进行测试,拆开后骨痂处的振幅大于完全固定的振幅;(3)结果表明,骨应力刺激仪可使骨折断端产生有利于骨愈合的微动。在临床上建议使用轴向刚度可调、径向刚度不变外固定支架,可以有效的克服应力遮挡。