变构型三栖机器人的控制与仿真模型研究

为了丰富三栖机器人的系统解决方案,基于现有的三栖设计方案优缺点和特性提出新型变构型三栖机器人方案,针对空中、地面和水面3种不同的运动环境,研究对应的动力学模型和控制模型,并对模型进行仿真实验。结果表明:该控制模型可以对三栖机器人进行多模式下的姿态控制、位置控制以及路径跟随控制等,对未来三栖机器人的设计应用具有一定的指导意义。

柴油机道路运行加载模拟设计研究

目的 在试验台架实现柴油机装车运行加载行为模拟,以有效解决实际使用过程中运行环境问题。方法 利用模糊聚类分析方法,在分析柴油机装车总体运行特征的基础上,对铺面路、起伏路、冰雪路、高速路、砂石路等5种路面的运行特征进行提取。针对柴油机装车过程中运行变化的特征,设计转速和扭矩、功率、转速变化率、扭矩变化率、扭矩和转速变化率、转速和扭矩变化率、功率变化率7种参数,对柴油机瞬态变化进行描述和分析。结果 获取了5种用户路面的典型运行工况,按照就近、强化的原则综合优化,形成了适用于台架的稳态工况。以5种路面综合的运行载荷数据为源,多参数描述并卡方计算获取了瞬态工况。二者综合优化,形成了适用于台架的模拟加载试验循环。结论 与实际行驶过程载荷相比,研究形成的循环载荷略高于实际,经其考核验证的柴油机产品装车应用后,运行环境问题大幅减少,用户体验感提高。

基于改进蚁群算法的两栖无人飞行器陆空混合路径规划

针对两栖无人飞行器在三维环境中存在过多的能源消耗、收敛速度慢以及算法运行时间较长的情况,提出了一种基于改进蚁群算法的三维陆空混合路径规划方法。采用分层与栅格平面法相结合的方法建立三维环境模型,在该模型中每只蚂蚁采用概率选点的搜索模式搜索路径,在概率选点公式中,结合能源的消耗,更好地筛选优质路线;同时,考虑蚁群在搜索路径时需向终点靠近,引入前进角这一概念,规定范围优化蚂蚁的搜索方向,减少了不必要的蚂蚁浪费;引入影响因子,加快算法的收敛速度,减少算法的运行时间,优化全局信息素的更新方式;创建一个以能源消耗为考量的评价函数进行适应度值的选择,最终生成陆空混合路径轨迹。仿真结果表明,改进后的蚁群算法较传统蚁群算法相比路径规划的速度更快,能够更高质量地生成陆空混合路径,具有一定的实用价值和工程意义。

润滑剂改善柴油机缸盖与螺栓结合面接触性能的研究

针对缸盖与螺栓重复安装存在的结合面损伤问题,选用乐泰8008 C5-A铜基高温抗咬合剂、道康宁G-N plus paste和R P-4652D润滑油三种润滑剂,按照相同的缸盖螺栓安装工艺进行了安装,比较分析了三种润滑剂对于结合面性能情况的影响。结果表明,道康宁G-N pluspaste具有最好的抗接触损伤性能,二氧化钼能发挥减磨作用;乐泰8008 C5-A铜基高温抗咬合剂的效果最差,运动黏度大、附着性差,不能很好地附着结合面,润滑剂起不到润滑作用;RP-4652D润滑油间于二者之间,在没有道康宁G-N pluspaste的情况下,也可作为一种选择。

基于RBF-GA的铝/镁异材FSLW工艺参数优化

为获得高质量的7075-T6/AZ31B异种合金Zn中间层-超声辅助FSLW接头,通过RBF-遗传算法对转速、焊接速度、Zn中间层厚度及超声功率四种工艺参数进行了优化.结果表明,经过训练的RBF神经网络满足预测精度要求;将其与遗传算法相结合,在经多次迭代后可获得最优工艺参数组合.取可执行最优解转速1037 r/min、焊接速度82 mm/min、Zn层厚度0.04 mm和超声功率1440 W进行试验验证,焊接接头拉剪载荷达到8860 N,与已报道最优接头相比提高11.4%.RBF神经网络与遗传算法相结合的人工智能优化方法可准确预测并优化接头质量,且具有较大的时间及经济优势.

镁/铝合金回填式搅拌摩擦点焊的组织与性能

选用5083铝合金和AZ31B镁合金为研究对象,研究焊接时间对异种合金回填式搅拌摩擦点焊接头的金属间化合物层和拉剪性能的影响.结果表明,当焊接时间为1 s时,Mg合金的流动性较差,接头中出现明显的孔洞缺陷;随着焊接时间的变长,孔洞缺陷消失.由于铝镁表面的氧化膜在焊接过程中被打碎且焊接温度高于铝镁的共晶温度,接头中心会形成一层液相层,焊后液相层凝固形成金属间化合物.接头的抗拉载荷随着焊接时间的延长先升高后降低,最优载荷在焊接时间为2 s时取得,为3.1 kN.

工装模具对复合材料件固化变形影响的有限元分析

碳纤维增强树脂基复合材料整体化成型过程中,成型工装与复合材料构件之间的热不匹配、框架式工装变形及温度分布都会对复合材料构件的固化变形造成一定的不利影响。本文利用ABAQUS有限元分析软件,从工装结构形式和模具材质的角度分析了工装结构对U形复合材料件固化变形的影响。对于企业中广泛使用的3种成型工装结构(斜撑式、立柱式、侧板式),立柱式成型工装在加热固化过程中,温度分布更均匀,使复合材料件的固化变形更小;而在模具的材质(普通碳钢、Invar钢、复合材料)方面,复合材料模具由于热膨胀系数与U形结构件更接近,相对于其他材质的模具,对复合材料件的固化变形影响较小。

一种侦察机器人的SLAM关键帧自适应选取算法

针对目前RGB-D SLAM算法中关键帧的选取速度较慢,从而导致侦察机器人的即时定位和全局地图构建过程中出现即时性较差的问题,提出了一种适用于RGB-D相机的SLAM关键帧自适应选取算法。机器人不同的运动状态会使相机获取的连续图像的帧间相似度发生变化,从而影响关键帧的选取。利用神经网络构建了机器人运动状态与关键帧步长的关系模型,提出基于机器人运动状态的关键帧自适应选取算法,实现关键帧的自适应选取。实验结果表明,该算法降低了系统的计算量,提高了系统整体的运行效率,因此所提算法可以在保证准确度的同时有效提升SLAM系统的运行速度,具有较强的实用性。

无匙孔搅拌摩擦焊材料流动行为的研究

针对搅拌摩擦焊焊缝末端存在匙孔的问题,使用无匙孔搅拌摩擦焊工艺进行焊接试验,并使用Fluent软件建立了无匙孔搅拌摩擦焊材料流动的模型。通过焊接接头横截面形貌和数值模拟结果研究无匙孔搅拌摩擦焊过程的材料流动行为。观察焊接接头的横截面可以发现,搅拌区呈上下窄而中间宽的鼓形,热机影响区呈带状分布在搅拌区两侧和下方,外侧是呈盆形的热影响区。数值模拟结果表明,材料高速流动区域主要集中在套筒侧面,套筒内部材料在高速旋转产生的离心力作用下向下流动。提高搅拌工具转速和降低焊接速度可以扩大材料高速流动区域,有利于减少根部弱连接区域的高度;试验结果与数值模拟结果吻合良好。

车体用301L-HT不锈钢药芯焊丝MAG焊研究

针对轨道交通车体用不锈钢301L-HT,分别选用碱性、金属粉型、自保护型三大类型药芯焊丝进行焊接试验,对比三种焊丝焊缝的成形性、飞溅量及截面形貌。研究结果表明,在合理的焊接参数下,碱性药芯焊丝焊缝成形性最佳,焊接飞溅最小,焊缝质量优良。

锌夹层对铝合金超声搅拌摩擦点焊Hook缺陷的影响

对于铝合金的搅拌摩擦点焊,Hook缺陷是制约接头焊接质量的原因之一.文中提出一种添加锌夹层的超声搅拌摩擦点焊新工艺,在利用超声可提高材料流动性及促进元素扩散的同时,添加纯锌中间层,使界面形成低熔点共晶进一步促进Hook区材料的冶金结合,从而改善Hook形貌,提升接头焊接质量.结果表明,添加锌夹层可明显改善接头Hook形貌,显著提高了Hook区有效连接面积.在不同热输入条件下,添加锌夹层后超声搅拌摩擦点焊接头的拉剪强度均有所提高.当转速为600和1 200 r/min时,添加锌夹层比常规超声搅拌摩擦点焊工艺得到的接头拉剪失效载荷分别提升了21.36%和12.79%.

低对比度下利用激光网格的路面障碍识别方法

为了解决目前视觉识别中低对比度图像识别速度低、精度差的问题,提出了一种基于红外激光网格路面障碍识别方法。该方法可以在低对比度条件下利用激光网格的错位作为障碍物的识别标志,得到障碍物的大小和距离。首先标定双目相机,并对图像坐标和三维空间坐标建立映射关系。之后利用道格拉斯普克算法进行网格提取,然后提取网格断点的三维坐标得到障碍物的大小和距离,最后对算法进行验证。结果表明该方法克服了视觉识别在特殊条件下识别效果不好的问题,得到了较为准确的障碍物轮廓和距离。

基于多因素神经网络模型的柴油机NO_x排放预测及试验研究

以发动机转速、进气量、循环油量、发动机出水温度、中冷后进气温度、进气湿度、排气背压、柴油温度作为输入,NO_x排放质量流量为输出,优化隐层节点和迭代次数,并经过样本训练,构建了NO_x排放预测模型。结合台架试验数据,验证了模型的泛化能力,其预测值与试验值间误差小于1.5%。在此基础上,利用模型进一步分析了试验因素的重要度和试验控制性。结果表明:发动机转速、循环油耗、中冷后进气温度、排气背压对柴油机NO_x排放的影响相对较高;进气湿度控制范围过宽,对NO_x排放测试结果影响高于其他因素。

搅拌摩擦加工工艺及水冷对A356铸铝合金晶粒细化作用及变形控制

A356铸铝合金因具有良好的可加工性、可焊接性以及低成本等优点在航空航天、汽车制造等多领域有巨大应用潜力。但铸造缺陷、晶粒及第二相粗大造成的力学性能恶化严重制约其实际应用。搅拌摩擦加工(FSP)是消除铸造缺陷、细化晶粒及第二相的有效技术之一。为探究FSP工艺与晶粒细化的内在联系,并优化加工区A356铝合金组织及性能,系统分析了加工参数及冷却工艺对加工区成型、晶粒细化、显微硬度及加工变形的影响。结果表明:转速和加工速度所引起的应变和热量共同影响晶粒细化程度;随着转速的增加,材料所受应变提高,从而有利于晶粒细化,但高转速和低加工速度所产生的高热输入会导致晶粒长大。水冷工艺则可有效抑制晶粒的长大和加工变形。Si第二相颗粒周围会因位错堆积而引发局部晶粒的超细化。

柴油机高原动力性能仿真及环境模拟系统影响分析

利用GT-Power设计柴油机系统模型,结合环境模拟系统结构特征构建了其相应的模型特征,与实际台架模拟系统试验对标验证了模型的有效性,进一步运用模型分析了高原环境条件涉及压力和温度因素时的柴油机固有性能特征,研究了进排气管路系统特征对柴油机性能的影响。结果表明,高原环境条件下的压力因素对柴油机性能的影响大于温度因素。随着模拟压力的下降,柴油机功率下降,二者在高转速工况呈非线性关系。随着环境温度下降,柴油机性能转好,温度对转速1800 r/min以下工况影响更大。进气压力高于排气压力时,在最大扭矩转速工况,平均单位压力变化会导致功率增加约10 kW;排气压力高于进气压力时,中高转速工况柴油机性能仍能维持,中低转速则直接恶化。进气管路长度、管路直径、管路表面粗糙度的影响程度由大到小依次为直径、长度、表面粗糙度,进气模拟管路直径影响加剧的临界值为0.2 m;排气管路主要是管路直径对柴油机性能的影响,临界值同样为0.2 m。

柴油机增压器蜗壳转动失效振动分析研究

针对某柴油机试验中不断出现的增压器蜗壳旋转故障,开展了基于振动分析的柴油机增压器蜗壳旋转失效研究。通过整机振动测试及特征分析,获得了可作为失效特征分析基准的柴油机台架系统;进一步通过局部振动测试及特征分析,确定了蜗壳旋转失效的主要原因是系统内存在接触应力,直接诱因是增压器蜗壳管相对进气管的异步工作。最终,调整蜗壳压板材料以及压板螺栓紧固力矩,并搭载试验验证了调整方案的有效性,表明所述基于振动分析的研究方法较好地解决了柴油机增压器蜗壳旋转失效故障。

聚甲氧基二丁基醚含氧燃料改善柴油机高原性能的试验研究

在高原模拟试验台架上,模拟0 m,3700 m和4500 m海拔环境,对燃用柴油和100%聚甲氧基二丁基醚型含氧燃料(DMB100)的柴油机性能进行了研究。研究结果表明:在外特性工况下,燃用DMB100燃料可有效提高发动机的低速扭矩特性和扭矩储备系数;由于DMB100燃料本身含氧,燃用时可较为明显地降低柴油机单位功率的能量消耗率和空气消耗率;DMB100燃料的上述动力和经济性特征在高海拔工况更为显著;在部分负荷工况下,燃用DMB100燃料的能耗率和最高燃烧压力均有所改善,能耗率在低负荷工况改善明显,而最高燃烧压力在高负荷工况改善更加明显。

柴油机装车实际高原环境应用特征分析及验证用试验循环开发

以三型柴油机为对象,基于跟踪记录的道路载荷数据,分析了柴油机装车在实际高原环境条件行驶呈现的主要特征,并就台架验证不充分的问题设计了高原台架模拟的试验循环。结果表明,柴油机在海拔4300m以上实际高原环境地区的运行主要集中在中高转速中高负荷区域,运行转速、排气温度、冷却水温度等参数存在较为严重的超限行为,其中柴油机冷却水温约70%以上时间处于超限状态。此外,柴油机主要工作在大于50%输出功率的区间,高原使用时增压比偏大。设计的高原台架模拟试验循环为600s的瞬态试验循环,可表征柴油机装车后高原使用时的运行行为。

柴油机缸内介质燃烧温度测试及验证

针对某高功率密度柴油机缸内高热压缩介质燃烧温度测试需求,在传统测温方法因受适用性、可行性、测试效果等限制无法应用的情况下,研究了一种基于红外测温原理的双色红外温度测试方法,设计了双色红外测温系统,并在目标柴油机上进行了系统集成与试验验证.结果表明:同转速下目标柴油机功率越高,缸内循环平均瞬态最高温度越高;缸内温度与缸内压力在时域上具有周期一致性;单个工作循环内,缸内最高温度的出现时刻在最高压力时刻之后,处于燃烧缓燃期末段.验证结果表明了测试方法的有效性.

柴油机颗粒捕集器多参数特征分析及固定式应用设计

介绍了颗粒捕集器的两种压降和捕集效率模型,并分析了有效长度、孔道壁厚、孔道数目、孔道宽度等因素对压降和捕集效率的影响,最终与试验比对确定了可用于分析计算的数学模型。在此基础上分析了捕集器结构参数用于计算压降和捕集效率的重要度,并以孔道数目为变量优化设计了试验室用不可移动的颗粒捕集器。结果表明,以孔道数目和有效长度为变量更有利于颗粒捕集器的性能优化,二者对压降和捕集效率都具有重要的影响;以孔道数目为优化参数改进颗粒捕集器,应用后压降可减小到3.5kPa,效率达90%,满足使用要求。