机械创新人才培养实践教学体系构建

针对传统机械人才培养方案中实践教学对创新等高阶能力支撑不足的问题,提出由课程项目、学期综合项目和自主课外项目构成的机械创新人才实践教学体系,并分别以“机械制造工艺学”“智能制造综合实践”和“工程项目实践A(I)”为例,具体介绍三种项目的实施模式。

机械类专业实验实践教学体系建设研究与实践

该文从建设创新型国家对创新型人才的迫切需要出发,分析研究型大学实验实践教学体系建设的新要求和实验实践教学体系与“双一流”建设之间尚存在的差距,从创新实验实践教学体系与教学内涵、构建智能制造时代的先进实验实践体系、创新实验实践教学方法与管理方法等方面进行阐述,探索研究型大学机械类专业先进实验实践体系建设的思路和措施。

颗粒流驱动变刚度弯曲软体驱动器的设计及运动仿真

为提高软体机器人的承载能力,利用颗粒物质兼具流体和阻塞刚化的特性,设计了一种变刚度弯曲软体驱动器。以颗粒物质力学为指导,设计并制造了变刚度弯曲软体驱动器样机。通过试验获得了分别描述颗粒物质和变形腔材料的联合弹塑性模型、Ogden超弹本构模型,提出了软体驱动器运动过程的有限元仿真方法,搭建了变刚度软体驱动器实验平台。实验与仿真获得的弯角误差约为15.6%,利用颗粒阻塞原理可使承载能力提高约1.75倍。

智能制造背景下基于能力培养的过程性考核体系构建与实践

智能制造已经成为当今时代主题,是实现“中国制造2025”和走向世界强国的必经之路,卓越人才是智能制造的关键基础。然而,现有课程的过程性考核体系存在缺乏标准、维度低、区分度低、针对性不强等问题,难以促进智能制造背景下卓越人才的全方位能力培养。针对这一问题,以“能力需求—评价标准—方法依据—考核主体—体系实践”为主线,通过明确“四位一体”能力培养的需求结构、制定科学合理的考核指标、设计适合的过程性考核方法、构建多元化的过程性考核主体、开展过程性考核体系的实践,从而建立科学有效的课程考核评价体系,提升学生学习主动性和教学效果,促进学生全方位能力培养。

基于可测距平板工具的机器人TCP标定方法

针对工业机器人工具中心点(Tool Center Point,TCP)标定,提出一种基于带二维测距功能标定工具板的标定方法。标定工具板能够感知机器人TCP的触碰,并测量任意两触点之间的距离。使机器人TCP与标定板触碰四次,并以触点形成的线段长度为坐标变换不变量为约束,建立TCP参数标定模型。该模型包括一个三元二次代数方程组,通过消元法可求出其所有可能解,并提出了真实解的判定方法。通过数值仿真,验证了所提出方法的可行性。以电阻触摸屏作为标定板为例,分析了标定板距离测量分辨率对标定精度的影响规律。以电阻屏为标定板进行了参数标定实验,证实了该方法的准确性。方法标定过程简单,易于实现自动化,适用于大多数工业机器人的工具坐标系的标定。

颗粒驱动软体驱动器设计及FEM-DEM运动分析

颗粒物质具有流动传压和阻塞刚化的双相特性,是变刚度软体机器人的理想驱动介质.由于颗粒物质复杂的力学特性,颗粒驱动软体机器人运动预测极具挑战性.综合考虑颗粒物质的离散性和超弹软体型腔的连续性,本文提出了一种基于FEM-DEM耦合计算的软体驱动器运动分析方法.为降低颗粒充入软体型腔时的局部径向膨胀,设计了具有径向增强约束的弯曲驱动器软体型腔结构.利用FEM-DEM耦合计算方法对此驱动器的运动变形规律进行了分析,同时采用基于颗粒物质Mohr⁃Coulomb连续介质模型的FEM开展了对比计算.利用3D打印和硅胶浇注技术制造驱动器样机,测试了软体驱动器的运动特性及变刚度能力.研究结果表明:与基于Mohr-Coulomb模型的FEM相比,利用FEM-DEM耦合计算方法,可使驱动器弯曲角度的预测精度提高约14.3%;使用较小直径的颗粒介质可以提高机器人的变形能力;与前期研究中的原始方案相比,本文提出的径向增强约束驱动器在不削弱刚度调节能力的前提下,最大弯曲角度从48.9°提升至了72.7°.

基于平板标定工具的机器人工具中心点标定方法

为在工业现场便捷、准确地获取工具中心点(tool center point,TCP)参数,降低机器人末端工具的定位误差,提出了一种基于平板标定工具的机器人TCP标定方法.利用机器人TCP与平板多次触碰所形成的空间触点应共面的约束条件,建立了机器人TCP参数标定模型;针对TCP名义参数未知和已知的情况,分别提出了基于粒子群算法的TCP直接求解和线性化的偏差求解算法.通过数值仿真和标定试验验证所提出方法的可行性和准确性,结果表明:TCP直接求解和偏差求解算法求解的结果与传统四点标定法相比,误差分别在0.5 mm和1.0 mm以内.

仿尺蠖软体机器人设计与制造

文中根据尺蠖的"Ω"式运动,仿生设计并制造了一种仿尺蠖软体机器人。机器人主要由变形腔体和吸附腔体组成,变形腔体的充气和放气配合吸附腔体的交替吸附,实现机器人的前进和爬坡运动。以ABAQUS为平台进行有限元仿真,验证了机器人的行走能力,并分析了变形过程中的应力和应变分布规律,校核了机器人的强度。综合运用3D打印、倒模浇注和失蜡铸造的方法制造了变形腔体。试验表明机器人可以完成前进和爬坡运动,前进步距可达变形腔体长度的0.34倍(约52 mm),爬坡角可达35°,爬坡步距约为变形腔体长度的0.28倍(约43 mm)。

面向工业4.0需求的机械制造类本科教育课程体系探讨

从工业4.0的技术内涵着手,提出工业4.0时代机械制造行业从业人员的知识和能力特殊要求。分析当前高校机械制造专业课程体系,并针对性地提出WJ4Z(W,网络;J,集成;4Z包括制造、自动、智能、治理或管理)课程体系结构,可为我国高校机械制造专业培养计划的修订提供参考。

颗粒阻塞软体驱动器承载特性研究

颗粒阻塞效应广泛用于提高软体驱动器的承载能力,为了深入研究阻塞态驱动器的承载规律,对颗粒阻塞弯曲软体驱动器的受载变形规律进行实验测试和理论分析。驱动器的受载变形分为弹性变形和塑性变形两个阶段,塑性阶段具有近似线性的应变强化现象,且流动阻力波动较大。增大驱动器内外压差后,弹性系数、屈服力及应变强化程度均显著提升。屈服力和应变强化程度对驱动器承载性能的影响更大,仅考虑颗粒阻塞的变刚度效应是不全面的。同时基于石膏粉末3DP打印技术提出一种新的硅胶型腔消失模制备方法,可提高效率和精度。

数控编程课程改革实践

介绍中南大学在数控编程教学改革实践中的主要措施和经验:合理分配课堂教学、仿真和实验的学时比例;采用任务驱动型教学方法组织课堂教学;改革考核方式;注意其他相关课程衔接。改革取得良好的教学效果。

基于VR技术的翻转课堂教学法在机械专业实践环节教学中的应用

探索提出将翻转课堂教学法应用于机械专业实践环节的教学模式,并结合VR技术,提高学生自主学习质量。讨论现有VR设备性能、成本等特点,提出适用于实践环节翻转课堂教学的VR设备和软件组合。根据应用情况,提出进一步提升教学质量的瓶颈问题。

基于指数积公式的串联机构运动学参数辨识实验

将指数积公式引入基于关节运动轨迹的串联机构运动学参数辨识.利用坐标测量仪测量各关节的运动轨迹,处理测量数据,得到各关节的运动轨迹方程.根据指数积公式对移动副和转动副的定义,直接从关节运动轨迹方程得到实际的关节旋量和实际的关节变量计数当量,从而避免了繁琐的各连杆坐标系的构建过程和坐标变换矩阵的还原过程.该方法已用于数字化脑立体定向仪的运动学参数辨识.实验结果表明,方法有效并可用于一般串联机构运动学标定.

变截面弹簧设计及其刚度特性分析

根据超越弹簧离合器高速化,轻质化的应用需求,在弹簧扭矩变化规律分析基础上,基于等强度原理,得到了弹簧截面的变化规律和弹簧螺旋线方程。应用MATLAB和Pro/E建立了变截面弹簧的三维数值模型。采用有限元方法,对弹簧离合器在传递过程的应力和弹簧的径向、轴向、扭转刚度特性进行了分析。结果表明:设计的变截面弹簧在传递扭矩过程中,应力均匀,变截面弹簧达到了轻质、等寿命的设计要求;弹簧的径向刚度呈非线性,而扭矩刚度和轴向刚度呈线性。

基于可测距平面的机器人误差检测方法

为了解决机器人存在本体误差而影响定位精度的问题,提出一种基于可测距平面的机器人误差检测方法。采用MDH模型来描述机器人存在误差下的运动学模型,结合距离误差模型,推导出平面上点间距误差最小约束模型方程,使用非线性最小二乘法求解方程。归纳了误差检测方法的具体实施步骤,通过仿真确定可辨识误差的参数。采用电阻式触摸屏作为测量工具,在KR5arc机器人上进行实验,误差补偿后的平面上点间距离误差显著减小,证明了基于可测距平面的机器人误差检测方法的有效性。该方法可适用于大多数工业机器人的误差检测。

基于双目视觉测量系统的机器人误差检测方法

针对机器人存在的几何参数误差影响绝对定位精度的问题,提出一种基于双目视觉测量系统的机器人误差检测方法。采用修正的DH(MDH)模型建立了带几何误差的机器人运动学模型,根据工具中心点(TCP)实测点与误差补偿后的理论点应重合的原理,推导出误差辨识模型。为构建约束方程,利用平面和空间圆拟合,实现了测量坐标系到基坐标系的转换。通过仿真确定了可辨识的误差,初步验证了误差检测方法的有效性。搭建了误差检测实验装置,使用Handyprobe光笔测量仪进行了误差检测实验。误差补偿后,检验点组绝对定位误差均值减小81.02%,证明了基于双目视觉测量系统的机器人误差检测方法的有效性和可行性。

项目驱动式创新创业工程训练教学实践——以中南大学工程训练与工艺理论系列课程教学改革为例

中南大学工程训练与工艺理论系列课程在建设与改革过程中,构建了实践教学与理论教学相融合的课程新体系,探索了以学生为主体、以知识转化能力为导向的项目驱动式创新创业工程训练教学模式,提出了项目驱动式创新创业工程训练的项目命题选择、教学方法、学习方法、成绩考核与教学评价等方面的实施措施,以期增强学生的工程实践能力、创新思维能力和解决复杂工程问题的能力,培养高素质创新创业型工程技术人才。

依托校外实习打造创新教育新模式

目前创新教育已成为高校本科教育的重要教学任务。作为行业佼佼者的校外实习企业本身就是科技创新的重要基地。但传统的工科校外实习环节因教学模式陈旧,难以使学生借助实习机会学习企业的创新思维。可以以机械制造工艺实习为例,研究校外实习与创新教育相结合的培养方案与实施方法,这种模式具有独特优势,对优化课程体系具有积极的引导作用。

一种斜推式爬墙机器人的分析与设计

为解决爬墙机器人载重小、效率低等问题,提出了一种利用涵道风扇的斜推力使机器人吸附在墙面的爬墙原理,并制作了一款样机验证原理的可行性。这种爬墙机器人的风扇推力与墙面之间有一个夹角,将推力分解成沿墙面竖直向上的分力和垂直于墙面的附着力。机器人依靠风扇向上的分力和因附着力产生的摩擦力的合力而停附在墙面。通过实验,机器人停附在墙面上所需推力小于自身重力,推力的利用率高。

托辊附近运动带材稳态构型研究

运动带材在托辊附近的空间分布形态对带材运行安全有着重要影响,针对此,研究了描述带材稳态构型的动边界边值问题,将该问题转化为固定边界边值问题后,采用配置法计算获得带材的稳态构型。给出一组带材构型描述参数,研究了运动带材自身属性及带材工作参数与构型参数的关系。研究表明,带材在带轮附近有隆起趋势,使带材在托辊上的包角减小,对带材的安全运行有不利影响,降低带材的运行速度、减小带材弯曲刚度、增大工作张力、增大托辊直径,有利于缓解此不利影响。带材线密度增大将使隆起高度增加,但隆起段延伸长度将缩短。