Trajectory compensation for multi-robot coordinated lifting system considering elastic catenary of the rope

The multi-robot coordinated lifting system is an unconstrained system with a rigid and flexible coupling.The deformation of the flexible rope causes errors in the movement trajectory of the lifting system.Based on the kinematic and dynamic analysis of the lifting system,the elastic catenary mod-el considering the elasticity and mass of the flexible rope is established,and the effect of the deform-ation of the flexible rope on the position and posture of the suspended object is analyzed.According to the deformation of flexible rope,a real-time trajectory compensation method is proposed based on the compensation principle of position and posture.Under the lifting task of the low-speed move-ment,this is compared with that of the system which neglects the deformation of the flexible rope.The trajectoy of the lifting system considering the deformation of flexible rope.The results show that the mass and elasticity of the flexible rope can not be neglected.Meanwhile,the proposed trajectory compensation method can improve the movement accuracy of the lifting system,which verifies the ef-fectiveness of this compensation method.The research results provide the basis for trajectory plan-ning and coordinated control of the lifting system。

解剖型锁定钢板联合TightRope内固定治疗锁骨远端骨折的效果

目的:探讨解剖型锁定钢板联合Tight Rope内固定治疗锁骨远端骨折的效果。方法:回顾分析常熟市第二人民医院创伤骨科2015年4月—2021年6月收治的93例锁骨远端骨折患者,按其治疗方式分对照组(n=46)和观察组(n=47)。对照组接受锁骨钩钢板内固定治疗,观察组接受解剖型锁定钢板联合Tight Rope内固定治疗。比较两组患者围手术期指标、肩关节功能、骨形成蛋白-2(BMP-2)、凝血指标、并发症发生率。结果:两组术中出血量比较,差异无统计学意义(P>0.05);观察组手术时间长于对照组,但骨折愈合时间、术后住院时间均短于对照组,差异均有统计学意义(P<0.05)。术后1、3个月,观察组肌力、肩关节活动度、日常活动、疼痛评分均高于对照组,差异均有统计学意义(P<0.05)。术后1周,观察组BMP-2、凝血酶原时间(PT)均高于对照组,纤维蛋白原(FIB)、D-二聚体(D-D)均低于对照组,差异均有统计学意义(P<0.05)。观察组并发症发生率(4.26%)低于对照组(21.74%),差异有统计学意义(P<0.05)。结论:相比于锁骨钩钢板内固定术,解剖型锁定钢板联合Tight Rope内固定术治疗锁骨远端骨折的效果更理想,在患者术后肩关节功能恢复、骨折愈合、并发症控制等方面均有明确优势。

小切口复位Tight Rope纽扣钢板内固定治疗RockwoodⅢ型肩锁关节脱位的效果观察

目的:探讨小切口复位Tight Rope纽扣钢板内固定治疗RockwoodⅢ型肩锁关节脱位的效果。方法:选取89例RockwoodⅢ型肩锁关节脱位患者,按照随机数字表法将其分为两组。对照组44例,采用锁骨钩钢板内固定术,观察组45例,采用小切口复位Tight Rope纽扣钢板内固定术,观察两组手术相关指标、肩关节功能、疼痛程度、创伤应激指标及并发症发生率。结果:观察组手术相关指标优于对照组,术中出血量少于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);术后1 d,观察组CMS各维度得分高于对照组(P<0.05);术后1 d、3 d、7 d,观察组VAS评分均低于对照组(P<0.05);术后,两组Cor、ACTH均升高,且观察组低于对照组(P<0.05);观察组并发症发生率6.67%低于对照组20.45%(P<0.05)。结论:小切口复位Tight Rope纽扣钢板内固定治疗RockwoodⅢ型肩锁关节脱位,减少手术创伤,缩短手术时间,减轻疼痛,安全性较好。

空心钉与Tight Rope内固定治疗Lisfranc损伤的对比分析

目的 对比分析空心钉与Tight Rope内固定治疗Lisfranc损伤的效果。方法 将2020年1月-2021年6月在本院骨科治疗的74例Lisfranc损伤患者随机分为两组,对照组使用空心钉内固定治疗,观察组使用Tight Rope内固定治疗,对比两组的手术疗效、并发症、疼痛、AOFAS评分。结果 对比Lisfranc损伤恢复优良率,观察组更高,恢复更好(P<0.05);切口感染、内固定松动、内置物断裂、足背部浅感觉减退、跖跗关节不稳、创伤性关节炎等并发症相比,观察组的发生概率均更低(P<0.05);术后1个月、6个月、12个月的VAS疼痛评分相比,两组前两个时间点相当(P>0.05),而术后12个月观察组更低(P<0.05);术后1个月、6个月、12个月的AOFAS评分中疼痛、功能、患足力线相比,两组前两个时间点相当(P>0.05),而术后12个月观察组均更高(P<0.05)。结论 Tight Rope内固定治疗Lisfranc损伤的效果更好,远期疼痛更轻,功能恢复更好,并发症发生率更低,整体手术疗效优于空心钉内固定。

带线锚钉与Tight Rope钢板治疗肩锁关节脱位的临床效果研究

目的:比较带线锚钉与Tight Rope钢板治疗肩锁关节脱位的临床效果。方法:回顾性分析72例肩锁关节脱位患者的临床资料,根据患者的治疗方式分组,其中36例患者接受带线锚钉治疗,36例患者接受Tight Rope钢板治疗,比较两组治疗效果。结果:Tight Rope钢板组的手术时间、住院时间与康复周期短于带线锚钉组,出血量少于带线锚钉组(P<0.05);Tight Rope钢板组术后RoWE功能评分高于带线锚钉组(P<0.05);两组间隙距离差异无统计学意义(P>0.05)。结论:带线锚钉与Tight Rope钢板均可有效治疗肩锁关节脱位,且Tight Rope钢板造成治疗创伤更小,有利于术后康复。

改良徒手法锁扣带袢钛板微创手术治疗肩锁关节脱位

目的:探讨改良徒手法锁扣带袢钛板微创治疗肩锁关节脱位的方法及临床疗效。方法:对本院2018年6月至2021年11月期间采用改良徒手法锁扣带袢钛板微创内固定治疗的61例肩锁关节脱位病例进行回顾性分析,男35例、女26例,年龄45.6±5.2岁。根据Tossy分型,TossyⅡ型21例、TossyⅢ型40例。采用Karlsson标准进行疗效评价,应用牛津肩关节评分、Constant-Murley评分评价肩关节功能。结果:所有患者均获随访,随访时间为9~12个月,平均11.2月,60例肩锁关节脱位复位未丢失。按Karlsson标准评价疗效:优60例,差1例,优良率98.36%。末次随访时,Constant-Murley评分95.65±2.32分,牛津肩关节评分12.92±0.81分,均较术前显著改善(P<0.01),满意度为96.74%。结论:采用改良徒手法锁扣带袢钛板内固定治疗肩锁关节脱位,微创、固定稳定、复位不易丢失、不干扰肩锁关节及肩峰下结构、术后肩关节功能良好,效果满意。

矿用钢丝绳捻向攀爬轮式巡检机器人设计

针对矿用钢丝绳无人巡检需求,设计研制了一种沿钢丝绳捻向攀爬的巡检机器人。该机器人所需的驱动力约为传统沿轴向攀爬机器人的0.915倍,携带负载3 kg时,其越障高度比轴向攀爬机器人的越障高度大0.6 mm,障碍物高度为3 mm时,它携带的最大负载比轴向攀爬机器人大0.4 kg。模拟深井环境开展了钢丝绳振动工况下的巡检机器人攀爬实验。研究结果表明:在钢丝绳静止状态下,攀爬机器人展现出稳定的攀爬性能,最大攀爬速度达到8.25 m/min,可连续攀爬500 m;在低频大幅振动工况下,机器人攀爬速度高于静止时的速度;在高频小幅振动工况下,钢丝绳振动会导致攀爬速度小幅度波动。

月球弹簧回复式绳驱采样机械臂的设计及试验

针对深低温、低重力环境的月壤采样任务,设计并研制了一种功耗低、重量轻、结构简单、可靠性高的四自由度绳驱机械臂。将驱动绳索安装在臂杆末端,较大程度地减小了机械臂的功耗;在关节2、3处安装扭转弹簧,通过弹簧扭力给机械臂末端提供超过20 N的下压力;针对深低温环境,匹配了不同材料的配合间隙,提高了机械臂的可靠性;建立并验证了机械臂运动学模型的正确性。采样路径的仿真结果表明机械臂可完成采样任务。采用半闭环控制策略对样机的各独立关节进行了位置阶跃试验和正弦轨迹跟踪试验,试验结果表明各关节具备较高的响应速度、良好的稳定性和轨迹跟踪能力。

卫星运输T型钢丝绳隔振器刚度及阻尼研究

钢丝绳隔振器可以缓解卫星运输过程中振动产生的危害,但其缺少试验基础研究,无法提供仿真输入,难以准确实现卫星损伤仿真。针对此问题,对T型钢丝绳隔振器刚度及阻尼特性进行了理论分析和试验研究。首先,对钢丝绳隔振器系统的力学特性进行了理论分析,建立了理想的迟滞回环曲线;其次,建立了钢丝绳隔振器静刚度和动刚度力学测试系统;最后,通过准静态加载以构建静刚度条件下压缩、横滚、剪切状态力和位移的关系。在预承载力为5 kN、振幅为1 mm条件下,分别测试了激振频率5~8 Hz条件下的动刚度性能。结果表明:准静态加载条件下,钢丝绳隔振器的力和位移关系较为稳定;动刚度条件下,在5~8 Hz频率之间,动刚度变化较为稳定;等效阻尼随着激振频率的增加而增加。

钢丝绳摩擦学性能测试实验平台研制与教学应用

为满足“工程摩擦学”实验课程高阶性、创新性和挑战性的需求,该文研制了钢丝绳摩擦学性能测试实验教学平台,该平台可实现摩擦学性能测试、微动状态分析,并支持开展多种接触参数和环境工况下微动疲劳特性分析。实验平台的研制过程为:首先,设计了多丝螺旋捻制结构、绳芯钢丝微动结构、横向加载结构和外层钢丝气动加载结构;然后,完成了传感器布置方案设计和电路硬件选型;最后,基于LabVIEW设计的采集程序和基于触控屏的控制系统组成了测控软件。该实验平台可开展多工况下钢丝绳摩擦学性能测试实验教学,有助于提升学生工程实践创新能力。

多绳摩擦提升机多连杆锁绳装置的设计与优化

针对现有锁绳装置锁绳低效、松绳困难、锁绳力不足等问题,设计出一种能够实现在各种载荷工况(尤其重载)下安全、高效地进行锁绳作业的提升钢丝绳锁紧装置(简称锁紧装置)。使用SolidWorks对锁绳装置进行三维建模,采用ANSYS对锁绳装置进行有限元分析;然后对锁绳装置关键部位第一连杆进行优化设计,采用中间复合材料设计方法获得初始优化数据组,并且使用Kriging模型建立响应面模型;最后采用多目标遗传算法进行优化。优化结果显示:第一连杆变形量减小17.46%,最大等效应力减小16.18%,显著提高了锁绳装置的综合性能,为矿井的安全、高效生产提供了保障。

金枪鱼延绳钓单丝和绳索的惯性力系数和阻力系数研究

金枪鱼延绳钓单丝和绳索的惯性力系数C_(M)和阻力系数C_(D)取值直接影响到渔具数值模拟的计算速度和精度。通过波浪水槽试验探究了7种金枪鱼延绳钓单丝和绳索材料在规则波条件下所受的波浪力,并在Morison方程的基础上,使用最小二乘法计算出相应材料的C_(M)和C_(D);分析了C_(M)和C_(D)随KC数和雷诺数Re的变化情况。结果显示:同一波高下,试验材料所受波浪力随着波浪周期增加逐渐增加;同一波浪周期下,试验材料所受波浪力随波高增加逐渐增加;相同材料随着直径增加,所受波浪力增加;3种尼龙单丝随着KC数增加C_(D)逐渐增加,C_(M)变化不明显,趋于常数,随着雷诺数Re的增加C_(M)和C_(D)有逐渐增加的趋势;3种聚丙烯绳索C_(M)随着KC数和雷诺数Re增加而增加,C_(D)在低KC数时较为平稳,其随着雷诺数Re增加逐渐下降,趋于常数;涂沥青的聚丙烯绳索的C_(M)和C_(D)较为稳定。研究表明,本试验得出的C_(D)和C_(M),可用于延绳钓渔具数值模拟。

灯泡贯流式水轮机增减负荷动态特性分析

水轮机频繁经历变负荷工况转换过程,使得机组在较短时间内工作参数急剧变化,严重影响电站稳定运行。该研究以某贯流式水轮机为研究对象,在考虑自由液面和水体重力的情况下,采用动网格技术对贯流式水轮机相同出力范围下的减、增负荷过渡过程的动态特性进行分析。研究结果表明:由于增负荷和减负荷过渡过程的起始工况导致起始流动状态不同,因此在相同出力时,机组内的流动分布不同,减负荷过程尾水管内的涡流面积及强度明显小于增负荷工况,且尾水管涡带尺度也明显小于增负荷过程;相比于增负荷过程,减负荷过程中转轮叶片大范围的低压区极易引发空化;机组内的水压力脉动主要以尾水管涡带引起的0.1f_n(f_n为转频)低频压力脉动和转轮的旋转引起3f_n的高频压力脉动为主,增负荷过程的压力脉动幅值明显大于减负荷过程,两种压力脉动共同作用,使得贯流式水轮机主要振动区域集中于转轮。研究结果对贯流式水轮机的设计与运行具有一定的指导意义。

运行负载扰动条件下水轮机流态演化和空化性能研究

空化现象是流体在能量转换过程中特有的一种不稳定水力现象,严重时可导致水力机械过流部件因空蚀损伤而造成惨重损失。为探究不同负载条件下混流式水轮机内部空化现象与涡流流动特征之间的关联,针对不同负荷工况下水轮机展开全流道三维空化流数值计算。结果表明:机组内的空化现象主要存在于流动特征较为复杂的转轮和尾水管流域,空化剧烈程度随机组负荷减小而增强,最小负荷工况相较额定工况,转轮流域空泡体积峰值增长约32倍;104%超负荷工况和额定工况下,尾水管涡带形态呈轴向直涡状旋流结构纺锤体涡带。机组负荷减小至93%和80%时,涡带结构主导了尾水管流域的流动特征,受涡带结构对周围流体的“排挤”作用和偏心螺旋型运动作用,流动状态的轴对称性被打破,使得涡核周围高速区流体的强度和位置也随着涡带的时域变迁而改变。涡核中心产生空化现象,涡带形态演化为空腔螺旋涡带;机组负荷继续减小,尾水管内流体周向旋转的牵连速度分量逐渐极致占优,受限于尾水管内流量不够充沛,导致尾水管涡带形态难以保持稳定运转,在64%和47%低负荷工况下,巨大空腔挤占尾水管空间并压迫管壁流体,涡带结构破碎形成空腔拧漩流涡带;低负荷工况下,尾水管流域空泡体积波动呈频率为0.075倍~0.225倍转轮转频的低频脉动,其波动频率随负荷降低而减小,尾水管内空泡体积的波动可能诱使尾水管壁出现低频压力脉动成分。

基于整体与局部纹理特征加权融合的港机装备钢丝绳断丝缺陷检测研究

钢丝绳是港机装备的重要部件,由于作业工况环境恶劣,钢丝绳表面极易引起断丝等缺陷,影响港机装备作业安全。针对港机装备钢丝绳表面油泥严重、光照亮度不均,以及港机装备钢丝绳断丝缺陷能够在钢丝绳股顶钢丝椭圆形区域内有效体现的特点,提出了一种基于钢丝绳整体纹理特征与股顶钢丝椭圆形区域边缘轮廓纹理特征加权融合的钢丝绳断丝缺陷检测方法。首先采用图像降噪、增强、校正技术对钢丝绳原始图像进行预处理。然后采用图像平滑、阈值分割及边缘特征提取技术对股顶钢丝椭圆形区域边缘轮廓进行提取。接着采用局部二值模式(LBP)算子分别提取钢丝绳整体纹理特征与股顶钢丝椭圆形区域边缘轮廓纹理特征,并对钢丝绳整体纹理及边缘轮廓纹理特征进行特征加权融合。最后对加权融合后的特征向量进行主成分分析(PCA)法降维,并应用支持向量机(SVM)技术对钢丝绳断丝缺陷进行检测。研究结果表明:本文提出的方法对实际工况下重油泥、光照不均等钢丝绳断丝缺陷具有较好的检测效果,具有一定的工程应用价值。

绳带辅助本体感觉神经肌肉促进技术训练联合绳带辅助脑机接口训练对脑卒中偏瘫上肢康复效果的随机对照试验

目的探讨绳带辅助本体感觉神经肌肉促进技术(PNF)训练联合绳带辅助脑机接口(BCI)训练在脑卒中偏瘫患者上肢康复中的应用效果。方法2022年3月至2023年2月,选取广西医科大学第二附属医院脑卒中偏瘫住院患者96例,随机分为常规组(n=32)、PNF组(n=32)和联合组(n=32)。各组均给予常规康复治疗,常规组给予上肢PNF训练,PNF组给予上肢绳带辅助PNF训练,联合组给予上肢绳带辅助PNF训练和上肢绳带辅助BCI训练,共4周。治疗前后,分别采用偏瘫上肢功能测试-香港版(FTHUE-HK)、Fugl-Meyer上肢功能评定(FMA-UE)和改良Barthel指数(MBI)进行评估。结果各组FTHUE-HK评分、MBI评分的组内效应(F>341.219,P<0.001)、组间效应(F>21.705,P<0.001)和交互效应(F>3.171,P<0.05)均显著;FMA-UE评分的组内效应(F=520.472,P<0.001)和组间效应(F=41.939,P<0.001)显著,交互效应不显著(P>0.05)。治疗后,各项指标均为联合组最优(P<0.05)。结论绳带辅助PNF训练联合绳带辅助脑机BCI训练能进一步促进脑卒中偏瘫上肢运动功能障碍患者的恢复,提高其日常生活能力。

6×19S钢丝绳的断裂有限元模拟

应用微分几何方法建立了钢丝绳一阶和二阶空间螺旋线的方程表达式,构建了6×19S钢丝绳的几何参数模型。对参与捻制的各规格钢丝进行了力学拉伸测试,构建了钢丝绳的弹塑性本构模型,通过缺口拉伸试验结合有限元方法拟合了Johnson-Cook断裂准则的相关参数,获得了拟合参数值,利用ABAQUS模拟了钢丝绳承受轴向载荷后弹性-塑性-断裂的完整过程,探讨了钢丝绳过度加载时的断丝规律以及温升变化规律,结果表明,各股外层丝受到挤压和磨损,承受了更大的接触法向力,最先发生断裂,其次是主股外层细丝难以承受较大拉力开始大规模断裂,最终导致主股粗丝与芯股迅速发生断裂,钢丝绳的接触磨损与过载断裂会带来明显的温度变化,大部分区域的温升在15~30℃。

多绳摩擦提升系统钢丝绳张力时程研究

多绳摩擦提升机是连接矿下与地上的唯一枢纽,保证其安全性至关重要,但针对多绳摩擦钢丝绳张力的相关研究较少。以提升系统中的钢丝绳为研究对象,对已有文献中的钢丝绳张力公式进行改进;通过现场实测得到钢丝绳张力的试验值,对改进后的公式进行数值模拟并与试验值以及改进前的公式对比分析;最后当容器满载时对井架结构进行动力响应分析。结果表明:改进后钢丝绳张力公式计算的理论值和试验值的最大张力差为7.6376%,和改进前公式的最大张力差为0.0703%,吻合较好。提升系统运行瞬间加载点在水平X、竖直Y方向的振幅迅速增大至峰值后急剧下降,而后慢慢趋于平缓。

基于LabVIEW的无极绳绞车绳张力监测系统

由于在煤矿井下工作环境恶劣,而且钢丝绳在使用过程会产生磨损,为了监测无极绳绞车运行过程中钢丝绳张力的变化,设计了一种基于LabVIEW的无极绳绞车绳张力监测系统。该系统具有钢丝绳张力监测、张力预警、历史查询、传感器校准和报警查询功能。实验结果表明,该系统能够实现数据实时传输和张力监测,并具有操作简单、稳定可靠、精度较高等特点,对于井下作业环境的安全保障具有重要意义。

大型岔管内螺旋流涡带数值分析研究

岔管部件广泛应用于常规水电站、抽水蓄能电站等重要水力发电工程。大型岔管(D主≥6 m)由于岔管外形,肋板结构及内部流态三因素耦合可能导致螺旋流涡带,其对岔管的水力损失具有不可忽略的消极后果。本文基于经典k-ε湍流模型联合考虑实际岔管材料壁面粗糙率,构建了考虑壁面真实粗糙度的钢岔管内部流态k-ε湍流模型。计算结果与实验数据对比验证了本文构建数值模型的有效性及准确性。随后采用导流叶片策略有效消除了大型岔管内的螺旋流涡带现象。研究结果表明:多导流叶片优化方案可有效减少和消除大型岔管中的螺旋流态,并减少岔管水力损失。具体地,对岔管支管路中不同流量工况,优化后的主管路部分流线分布均匀,最大流速位于岔管支管路弯管(内弯)附近;优化后岔管肋板两端涡旋流态基本消除。对岔管支管流量不均匀工况,支管路内螺旋流涡带流态明显减缓,只存在少量螺旋流态。本文研究结果可对岔管水力优化设计及相近研究领域提供一定参考。