船用起重机磁流变防摆装置动力学分析和实验验证

为了解决船用起重机在执行吊装转运作业时,货物出现摆动降低工作效率且极易造成安全事故的问题,将磁流变技术引入船用起重机防摆领域,设计了一种机械式防摆装置。推导了船-起重机-吊点-防摆装置-吊重的三维动力学模型。对装置的防摆效果进行分析,结果表明,当输入给磁流变防摆装置恒定电流时,随着电流增大,防摆效果愈加明显,在设定工作背景下,当给定电流2 A时,对面内角及面外角的抑制分别为75%、82%。为了优化控制策略,降低能耗,提高防摆的鲁棒性,设计了变论域模糊PID(variable universe fuzzy PID,VUFPID)控制器。采用VUFPID控制器时,防摆装置对吊重摆动的面内角及面外角的抑制分别为85%和83%,能耗约为113 J;采用A组恒定电流时,防摆装置对吊重摆动的面内角及面外角的抑制分别为60%和68%,能耗约为140 J;采用B组恒定电流时,防摆装置对吊重摆动的面内角及面外角的抑制分别为50%和58%,能耗约为110 J。可见采用VUFPID后,能实现低能耗、效果明显的防摆作用。最后搭建实物样机,验证了磁流变防摆装置的有效性。

水下机器人回收装置的动力学分析与实验验证

为提高水下自主航行器(autonomous underwater vehicle,AUV)布放回收过程中的效率和安全性,通过以船舶起重机为基础研究了一种不仅可以通过电机自主调节吊笼的姿态而且能够利用绳索减摇使回收过程更加稳定的AUV水面布放回收装置,建立了船-起重机-吊点-减摇装置-吊笼的三维动力学模型,首先通过Adams搭建虚拟样机进行动力学仿真,得出了当利用电机调节吊笼开口方向时4根绳索的拉力的变化和吊笼的姿态变化,然后利用MATLAB联合仿真采用PID控制策略对其进行了减摇的仿真分析,验证了减摇方案的可行性。在已有的理论基础上搭建了实验样机进行了实验验证。结果表明:在受船舶激励的情况下,横摇的减摇效果达70%;纵摇的减摇效果达60%,电机进行姿态调整时各个绳索的拉力稳定能够完成姿态调整,能够有效地完成布放回收工作。可见当AUV靠近吊笼时依靠姿态调整电机进行姿态调整,能保证AUV进入吊笼;当AUV进入吊笼以后本装置有良好的减摇效果,使回收过程更加稳定。

大跨度吊装机器人绳索张力及工作空间求解

针对大跨度吊装机器人的绳索存在悬链线效应的问题开展研究。首先,绳索为直线模型,建立机器人的运动学和动力学模型。其次,绳索存在重力,大跨度绳索为悬链线模型,为了求解悬链线模型中的绳索张力,采用二次规划方法求解绳索张力优化解。在静力学方程基础上,求得吊装机器人的力可达工作空间和力封闭工作空间。最后,通过MATLAB进行仿真验证,仿真结果表明,力可达工作空间小于力封闭工作空间。比较两种模型的绳长,第1根绳索的长度变化最大,绳索张力较小时,绳索自重不容忽略。

绳驱动并联打磨机构模糊控制策略

船舶坞修作为维护和修复船舶结构的关键环节,在船舶行业中扮演着重要的角色。然而,目前船舶坞修时表面打磨过程依赖于传统的人工作业,存在着效率低、工时长、危险性高等问题。为此,提出了一种新型绳驱动式打磨机构,该机构采用四根绳索驱动打磨装置实现三自由度的运动。首先,通过拉格朗日法建立系统的动力学模型;然后在动力学模型的基础上提出了一种带有绳索张力优化项的Fuzzy-PID(proportional integral derivative)控制策略,该控制策略可以实现精确的轨迹跟踪并保证绳索处于张紧状态;最后,通过数值仿真验证所提控制策略的有效性。结果表明,和绳牵引并联机器人上常用的PID控制相比,所提控制策略控制精度提高25%,具有较高的控制精度和稳定性。本文提出的绳驱动式打磨机构及其控制策略可为大型结构件表面处理和精密制造等应用提供一定理论支持。

3UPU-UP并联平台可操作性与工作空间分析

6支链并联平台存在着复杂的位置约束,并且当控制算法失效时对机械结构容易造成损坏,因此,针对一种3UPU-UP并联平台对其进行运动学可操作性与工作空间分析。首先通过矢量法与运动学的分析,得出了3UPU-UP并联平台运动学模型,以此为基础,首次将串联机械臂可操作度的评价指标与3UPU-UP并联平台的机构结构特性相结合,对3UPU-UP并联平台的可操作度进行了计算、分析和可视化处理;并将蒙特卡洛法与正运动学相结合对并联平台的工作空间进行了计算、分析和可视化处理。能够更加直观、完整表述并联平台的可操作度和工作空间。研究成果为3UPU-UP并联平台的设计提供了理论依据并证实其理论上的可行性。

绳牵引门式起重机器人动力学建模与分析

由于传统的造船门式起重机难以控制吊具姿态,因此涉及空中翻身等复杂动作的精准组装作业成为难点。为提高船舶建造效率、减少建造周期,将绳牵引并联机器人应用至门式起重机吊装领域,并开发一种新型绳牵引起重机器人。首先,通过矢量封闭理论对绳牵引起重机器人的运动学位置逆解进行分析,拟定吊具的运动轨迹,分析绳长的变化情况。其次,基于牛顿-欧拉法建立了绳牵引起重机器人的动力学模型,并采用绳索张力分布算法对绳索张力进行了优化。再次,通过MATLAB和ADAMS进行联合仿真。仿真结果表明:优化后的绳索张力光滑连续变化;在系统为开环的情况下,环形轨迹下绳长变化最大误差均值为46 mm;螺旋线轨迹下绳长变化最大误差均值为27 mm;往复运动轨迹误差比例均值为0.55%。最后,搭建了实验样机,实验条件下绳索张力误差比例在22%以内,验证了建立的动力学模型的准确性,为控制策略设计及样机开发提供了理论基础。

船用起重机多绳系统同步运动控制策略

针对船用起重机在进行起升、变幅动作及受到外部扰动时,船用起重机多绳系统的减摇索之间无法实现同步运动的问题。首先建立了船用起重机多绳系统的运动学和动力学模型,接着提出了模糊PID(proportional,integral,derivative)控制策略,最后采用MATLAB/Simulink软件进行仿真分析。结果表明:在模糊PID控制策略下,多绳系统期望绳长与实际绳长的误差逐渐趋向于零,期望绳长速度与实际绳长速度的误差逐渐趋向于零,相比于传统的PID控制效果,模糊PID控制策略具有更高的鲁棒性。

基于粒子群算法的船用起重机防摆装置结构优化设计

船用起重机在海上作业时因风浪引起吊重摆动导致作业风险较高,需要对起重机加装相应的防摆装置,而在起重机上加装防摆装置会增加起重机负荷影响工作效率,因此需要对船用起重机防摆装置结构进行轻量化设计。针对船用起重机防摆装置,以装置结构重量最小作为优化目标建立结构优化数学模型。使用粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)对船用起重机防摆装置进行结构优化设计并对算法参数进行改进。经过优化后,结构总重量较优化前降低了28.64%。对优化过程和结果的分析表明,与结构优化中常用的遗传算法进行比较,PSO算法相比遗传算法可以快速收敛到全局最优解,求解精度高且算法运行稳定,优化后效果满足工程实际应用的需求。验证了PSO算法在船用起重机防摆装置结构优化设计中具有可行性和有效性。

椎管内麻醉患者术后恶心呕吐相关因素与临床干预研究

目的研究阿片类药物、5-羟色胺3(5-HT3)受体拮抗剂与术后恶心呕吐(PONV)相关性,指导临床合理用药。方法通过530例椎管内麻醉患者,研究手术患者使用阿片类药物,干预与未干预对PONV的影响及差异性,并比较了临床常用的3种5-HT3受体拮抗剂预防恶心呕吐的疗效与差异性,同时,还研究了不同阿片类药物术后PONV发生的时间特点。结果使用阿片类药物后,5-HT3受体拮抗剂干预与未干预,PONV的发生有显著差异(P<0.05);3种5-HT3受体拮抗剂干预PONV疗效肯定,无差异(P>0.05);不同阿片类药物PONV发生时间集中发生在术后2~6 h之间,占69.23%~76.92%。24 h后发生机率小,占1.54%。结论 5-HT3受体拮抗剂对术中、术后恶心呕吐的预防疗效良好,3种5-HT3受体拮抗剂对术中、术后恶心呕吐的预防效果相似,考虑到经济性,临床采用昂丹司琼预防术中、术后恶心呕吐较为经济。不同阿片类药物引发PONV程度不同,无PONV高发因素,不宜预防使用5-HT3受体拮抗剂,避免过度治疗。

手术麻醉患者预防性使用5-HT_3受体拮抗剂临床应用研究

目的通过研究手术麻醉患者5-HT_3受体拮抗剂在临床使用情况,评价合理性,制定临床使用规范与体系。方法随机调取并查阅麻醉患者病例246例,进行临床应用研究及数据统计分析。结果本次研究进一步证实了5-HT_3受体拮抗剂预防麻醉术后恶心呕吐的安全性及有效性,昂丹司琼4 mg、格拉司琼3 mg iv,围术期1次,符合临床用药安全有效、经济适当原则。结论本次研究预防PONV使用5-HT_3受体拮抗剂比例偏高,大多数椎管内麻醉无需使用阿片类药物,因此,也就无需使用5-羟色胺受体拮抗剂。

医护一体化在椎间孔镜治疗腰椎间盘突出症患者围手术期中的应用效果

目的探讨医护一体化模式在椎间孔镜治疗腰椎间盘突出症患者围手术期中的应用效果。方法选择2017年3月至2018年3月在我院行微创椎间孔镜治疗的腰椎间盘突出症患者50例,按住院时间将其分为观察组与对照组,各25例。对照组采用常规护理模式,观察组采用医护一体化模式。比较两组患者的术前等待时间、住院时间、患者就医依从性、复发率及患者满意度。结果观察组患者的术前等待时间、住院时间均短于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);观察组患者的就医依从性高于对照组,复发率低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);观察组患者的满意度优于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论医护一体化模式可有效缩短患者的术前等待时间、住院时间,提高患者就医依从性与满意度,降低复发率。

神经节细胞胶质瘤的CT与MRI影像学表现

目的分析神经节细胞胶质瘤的CT与MRI影像学表现。方法选取我院2015年4月至2019年4月收治的54例神经节细胞胶质瘤患者作为研究对象,运用CT与MRI进行检查,了解患者的影像学表现。结果 54例患者中,30例为单发,其中额叶24例,顶叶4例,T12水平脊髓内2例;23例多发;1例病灶仅累及皮层。19例呈现团片状的形态,8例具有肿胀的脑回,14例呈现不规则的形态,10例呈现类圆形的形态,3例具有椭圆形的形态。囊性病灶34例,囊实性病灶18例,实性病灶2例。1例病灶周围无或轻度水肿,3例中、重度水肿,增强后有23例肿瘤不强化或轻度强化,14例中度强化,17例明显强化。54例神经节细胞胶质瘤影像学表现的囊变情况、周围水肿情况、强化特点、MRS表现具有差异性。结论神经节细胞胶质瘤的影像学表现以实性、囊实性为主,MRI信号及强化多不均匀,水肿较轻,并能够看见钙化的情况。

不同修复方案治疗骨质疏松性胸腰椎骨折的效果比较

目的比较不同修复方案治疗骨质疏松性胸腰椎骨折的效果。方法将120例骨质疏松性胸腰椎骨折患者按照手术方法的不同分为膨胀式椎弓根螺钉内固定术(EPSF)组、经皮椎体成形术(PVP)组和经皮椎体后凸成形术(PKP)组。三组均给予对应的手术方法。比较三组的治疗效果。结果术后30 d,三组的VAS及ODI评分明显降低,SF-36评分明显升高,Cobb角明显减小(P<0.05)。术后30 d,与EPSF组相比,PVP组和PKP组的VAS评分明显更低,SF-36评分明显更高(P<0.05)。结论 EPSF、PVP和PKP治疗骨质疏松性胸腰椎骨折均能够有效降低患者的疼痛程度,有助于受伤椎体强度以及高度的恢复,临床应根据患者具体情况综合评估,选择合理术式。

经肌间隙椎弓根螺钉内固定术治疗青少年无神经损伤性胸腰椎骨折的效果及对细胞因子的影响

目的探讨经肌间隙椎弓根螺钉内固定术治疗青少年无神经损伤性胸腰椎骨折的效果及对细胞因子的影响。方法将本院接收的52例无神经损伤的胸腰椎骨折患者采用电脑随机数列分组法分为对照组(开放式椎弓根螺钉内固定术)与观察组(经肌间隙椎弓根螺钉内固定术),各26例。比较两组的治疗效果。结果观察组切口长度与手术时间均短于对照组,术中出血量少于对照组(P<0.05)。术后1周,两组VAS、T-AOC水平评分均降低,MCP-1水平均升高,观察组均优于对照组(P<0.05);术后3个月,两组Cobb角均减小,伤椎前缘高度比值均增大(P<0.05)。结论经肌间隙椎弓根螺钉内固定术治疗青少年无神经损伤性胸腰椎骨折创伤小,患者术后疼痛小,康复快。

基于3D模型并肩胛骨接骨板设计的肩胛骨测量

目的测量肩胛骨关键部位数据,为设计类＂F＂形实用性肩胛骨接骨板系统提供解剖数据支持。方法采集50例正常成人肩胛骨CT数据,男女各25例,导入计算机建立3D模型,测量肩胛骨骨折主要固定区域数据并分析。结果肩胛颈CD=（10.35±0.95）mm、外侧缘DE=（72.99±6.53）mm和EF=（52.14±6.73）mm、肩胛体HJ=（36.42±2.23）mm和HK=（41.00±2.57）mm,颈-外侧缘∠CDE=（127.89±6.02）°、外侧缘扭转角∠DEF1=（167.20±3.67）°和∠DEF2=（172.46±4.76）°,各点厚度：C=（15.65±1.99）mm、D=（17.53±2.83）mm、G=（10.21±1.83）mm、H=（9.74±1.99）mm、I=（9.62±1.65）mm、J1=（10.21±1.35）mm、J2=（9.12±1.36）mm、K1=（7.22±1.99）mm、K2=（8.58±2.22）mm。其中,CD、DE、EF,∠DEF2,点D、G、H、I、J1、J2厚度,男女分组差异有统计学意义（P〈0.05）。结论根据测量数据,结合解剖及手术特点,可以设计合理实用的类＂F＂形肩胛骨锁定接骨板系统。

中老年大骨节病踝关节影像特征分析

目的:分析中老年大骨节病踝关节影像特征并测量相关数据,以期为该病的诊治提供量化指标。方法:回顾性分析16例大骨节病32个踝关节的CT表现和4例大骨节病8个踝关节的MRI表现,16例进行CT检查的大骨节病踝患者中,男10例,女6例,平均年龄52.22岁,中位年龄51岁;4例行MRI检查的大骨节病患者均为男性,平均年龄51.33岁,中位年龄52岁;选取16例32个踝关节CT检查正常者作为对照组。用独立样本t检验及方差检验分析32个行CT检查的大骨节病患者及正常对照组踝关节的相关数据(距骨上下径、前后径、左右径,距骨滑车关节面前、中、后宽度,距骨滑车弧形关节面半径,距骨外侧突大小,跟骨前后径、上下径,载距突大小,足舟骨前后径、左右径及上下径,胫骨下端矢状径比距踝关节面3 cm矢状径、胫骨下端冠状径比距踝关节面3 cm冠状径)的差异。结果:(1)与正常对照组的踝关节相比,大骨节病患者的踝关节影像学表现为胫骨下端关节面增粗,距骨变扁,距骨滑车关节面前、中、后宽度增大,滑车弧形关节面半径增大,外侧突增大,跟骨前后径变短、上下径变小,跟骨Gissane’s角变小,足舟骨前后径变小、上下径增大。(2)大骨节病的距骨长度、距骨宽度、载距突大小、足舟骨左右径与正常对照组相比无显著性差异。结论:踝关节影像学表现及其相关数据在大骨节病患者和正常人群中有差异,可作为大骨节病的辅助诊断指标。

绳驱动并联清洗机器人绳索张力优化

将绳驱动并联机器人应用至外墙清洗领域,并对清洗机器人的动力学建模及张力优化进行深入研究。首先,确定机器人的构型为完全约束绳驱动并联机器人,并建立了考虑绳索弹性的动力学模型;其次,针对该类型绳驱动并联机器人绳张力解不唯一问题,提出将相关力改进的最小方差作为优化目标对绳索张力进行优化。最后,通过Simulink-Adams进行联合仿真验证。结果表明,优化后的绳索张力光滑连续变化。系统开环的情况下,圆形轨迹最大误差均值为0.071 m,终点误差均值为5.15 mm;直线轨迹最大误差均值为9.25 mm,终点误差均值为3.5 mm。解决了完全约束绳驱动并联机器人绳索张力不唯一、不连续问题,并为控制策略研究提供理论依据。

起重机吊重系统三绳机械减摇装置设计

鉴于船舶海上作业时起重机吊重的摇摆问题,设计了一种三绳机械减摇装置;其原理是利用三根外设的减摇索在吊钩处形成稳定的力三角形,并有效的限制吊重的摆幅,进而抑制吊重的摇摆。利用牛顿-欧拉方法建立了吊重系统的动力学模型,在MATLAB/Simulink中进行数字建模仿真分析,对不同横摇角度下该装置的减摇情况效果详细的分析,结果表明添加减摇装置后,吊重的面内角可减小86%左右。搭建试验平台进行试验验证,在与仿真条件相同的情况下,吊重的面内角可减小87%左右,面外角可减小95%左右,表明该装置具有明显的减摇效果。

不同磷钾肥施用量对设施葡萄果实品质和产量的影响

【目的】磷、钾肥均是葡萄生长发育所需要的大量元素,对葡萄整个生长发育过程及果实的品质和产量都有重要的影响。研究不同磷钾肥施用量在膨果期和着色期对设施葡萄果实品质和产量的影响。【方法】选择弗雷葡萄,在施氮量一致的条件下,设置不同的施磷量和施钾量,在果实成熟期测定葡萄果实品质和产量的影响。【结果】设施弗雷葡萄在膨果期和着色期施P_2O_5量为14.6 kg/667 m^2、施K_2O量为15.08 kg/667 m^2时葡萄单穗重和产量最高,糖酸比、硬度和果实着色系数均优于对照和其它处理。【结论】设施弗雷葡萄在膨果期和着色期施P_2O_5量为14.6 kg/667 m^2、施K_2O量为15.08 kg/667 m^2,施肥深度应在20~40 cm土层处为宜。

一种水下机器人自主布放回收装置水动力分析

基于三维势流理论,结合Ansys-AQWA软件,得出双体船在不同环境载荷下的运动响应特性。建立双体船-水下机器人运动学模型,运用Matlab/Simulink进行运动学分析,计算水下机器人的摇摆情况。结果表明双体船在近岸海况下能够平稳正常的完成水下机器人的布放回收工作,水下机器人的摇晃程度可以接受,可以满足工程设计的要求。