折纸结构软体机械臂的神经网络逆运动学建模控制策略

针对软体机器人逆运动学求解不精确导致运动控制精度差的问题,提出一种基于多层感知器(MLP)神经网络学习的折纸结构软体机械臂逆运动学求解方法,从而使得软体机械臂在无末端定位引导情况下的运动能够遵循期望路径。通过搭建实验平台,选取了固定点和随机点最佳混合比例的数据集进行训练,同时在工作曲面上进行轨迹验证实验。实验结果表明,通过MLP无模型方法对折纸结构软体机械臂建模,软体机械臂以4.28 mm的平均距离误差(和机械臂原长相比相对距离误差2.17%)追踪期望路径。

可展折纸结构国际工作坊的实践与思考

随着高等学校国际合作交流机会的增多,工作坊作为一种新的教学模式,其应用越来越广泛。以丹麦皇家艺术学院举办的"可展折纸结构在工程中的应用"国际工作坊为例,对工作坊的各个环节进行详细的介绍,包含前期计划、学术汇报、指导教师演示、学生确定研究主题、模型制作及各组的成果答辩等。此外,分析了联合工作坊在促进学生跨学科思维的碰撞与交流,培养学生团队精神和沟通能力,促进教学与实践相互统一等方面的意义,并对工作坊在土木工程学科的适用性进行了探究。

民间折纸结构在家具设计中应用方法研究

民间折纸艺术中的结构构成技巧作为现代家具设计的创意方法,分别从造型,材料、色彩、意象和空间结构方面促进了现代家具设计的创新与表现。创造了折纸艺术造型的直接应用;折纸艺术在其它材料中的表现及应用;折纸结构产生的光影视错觉的应用;折纸艺术造型意象的抽象应用;折纸艺术中空间与结构的应用等应用方法,形成了生动有趣、变幻丰富的新的家具风格,丰富视觉美的同时为现代家具设计提供了新的切入点。

基于折纸结构的摩擦电-电磁复合风速传感器研究

本文基于三浦折纸结构和摩擦纳米发电机原理,设计了一种具有自供电功能的复合风速传感器,实现了自然环境中风能向电能的转换,并根据折纸结构受圆柱轮-旋转模块的按压而折叠时所产生的摩擦电信号,实现风速准确测量;沿圆周分布的折纸TENG能量转换组件具有较快的充电效率;将摩擦静电感应与电磁感应技术相结合,提高了能量收集效率,实现了自供电;与商用风速仪的测量对比,其风速测量范围为(2~10)m/s,测量准确度>95%。

浅谈包装设计中纸结构的延展设计

在人们日益增长的物质文化需求的背景下，包装是每一件物品必不可少的部分，大多数情况下，刺激消费者购买的并不是产品本身，而是包装。包装的重要支撑点是它的结构，结构包装极其有用，能够安全的保护产品在运输的过程中不受损害，并且在费用和空间上达到利益最大化。包装设计中的纸盒包装通过折叠、切割、粘合等方法会产生无数形态，归结到一点就是对纸结构的探索与创新，使纸结构的应用无论是在包装还是产品方面，具有功能性的同时，更有美观与趣味性。纸是一个载体，而设计师则赋予它生命，通过对设计形态学和设计符号学两门学科的初步认识，能从自然界中发现更多美的事物，并且可以与纸结构相结合，研究出意想不到的惊喜。

塔型折纸结构设计与能量吸收特性分析

为了探究能量吸收特性更加优异的折纸结构,通过对传统扭转塔折纸结构进行改进设计,提出一种具有压扭耦合特性的塔型折纸结构。运用数值仿真分析方法对塔型折纸结构进行准静态压缩实验,结果表明该塔型折纸结构具有峰值压缩力低、平台长、扰动小的能量吸收特性。通过改变结构的内圆与外圆半径比、扭转角度、外圆半径与高度比、厚度几何参数,获得几何参数对比吸能、峰值压缩力、压缩力效率等吸能性能的影响规律。研究结果对折纸结构优化设计与结构能量吸收特性分析具有一定的参考价值。

折纸结构和折纸超材料动力学研究进展

折纸结构和折纸超材料由于其无穷的设计空间,突出的变形状、变大小、变拓扑特性,以及由折叠诱发的超常规力学特性,在最近几年迅速成为数学、物理和工程学科的研究前沿和热点.折纸结构和折纸超材料在航天、医疗、材料、机器人等众多工程领域具有广泛的应用前景,其典型的代表包括大型空间可展开结构、自折叠可重构机器人、微型可折叠器械等.随着应用范围的不断扩大,折纸结构和折纸超材料的动力学问题日益突出,不仅涉及其动力学建模和参数辨识,还包括动力学机制分析与实验测试.折纸结构复杂的空间几何关系、丰富的变形模式、折叠诱发的全局强非线性本构关系等给动力学研究带来了很多新挑战和新机遇.本文首先阐述了折纸结构和折纸超材料的研究背景和意义,并简要概述了折纸的基本定义、假设和分类,以及折纸结构和折纸超材料的几何设计、静力学和运动学特性.随后,本文系统回顾了折纸结构和折纸超材料动力学研究中相关问题的最新进展,包括:(1)动力学建模及参数辨识方法;(2)动力学理论、有限元和实验分析手段;(3)折叠诱发的动力学行为,包括双稳态和多稳态动力学行为、瞬态动力学行为和波传播动力学行为等;(4)典型动力学应用.本文最后提出了折纸结构和折纸超材料动力学研究中若干值得关注的问题.

多稳态串联折纸结构的非线性动力学特性

折纸结构和折纸力学超材料由于其无穷的设计空间、出色的变形能力、超常规力学特性和广泛的应用前景,最近受到了学术界和工程界的广泛关注.特别地,某些折纸结构单胞由于具有独特的双稳态特性而获得深入研究.注意到折纸结构和折纸超材料通常由多胞构成,但多胞结构的多稳态特性及其诱发的动力学行为尚不清晰,相关的研究还较少.本文在双稳态Miura-ori堆叠结构单胞的基础上,研究由两个异构双稳态单胞基于力平衡串联而成的结构.静力学分析指出,双胞串联结构具有4个定性不同的稳定构型,呈现出多稳态特征.动力学分析指出,双胞串联结构在4个稳定构型处具有显著不同的固有频率特征.逐渐增大激励幅值,双胞串联结构的多稳态特性诱发出类型丰富的复杂非线性动力学响应,包括亚谐、超谐甚至混沌的阱内和阱间振动.根据幅值特征,我们将稳态动力学响应分为九类,并开展了动力学响应的吸引盆和吸引盆稳定性分析.结果表明,不同类型动力学响应的吸引盆稳定性(即出现概率)显著不同,且与激励幅值密切相关.本文得到的多稳态双胞串联结构的静力学特性、动力学响应的分类,以及吸引盆稳定性相对于激励幅值的演化规律,对深入认识多稳态折纸结构的非线性动力学特性,调控非线性动力学响应具有参考价值和指导意义.

MSC折纸结构设计及其双稳态解析与实验

折纸是一门古老艺术,其本质是将平面材料沿着事先设计好的折痕进行折叠,进而形成一个复杂的三维结构.柔性折纸结构是实现三维结构轻量化的重要途径.因此,解析折纸结构几何特性和力学性质十分必要.本文以MSC(Magic Spiral Cube)为研究对象,通过实际折痕和虚拟折痕的方法,建立了该结构的几何模型,确定了实现完全展开和完全折叠对刚性面和可变形面的设计条件,在虚拟折痕上引入了扭转刚度,证明了该扭转刚度与柔性面变形的等效性,从而得到了MSC折纸结构的弹性势能,得到了使结构变形的力与位移本构.通过力学特性分析,发现了MSC折纸结构具有双稳态特性,这种特性是由面内变形诱发的,与虚拟折痕刚度与弹性折痕刚度的比值有直接的关系.最后,我们对MSC折纸结构进行设计和制备,通过实验,验证了理论模型的准确性.本文的研究结果不仅进一步加深了我们对于MSC折纸结构力学特性的认识,同时也为其工程应用提供理论基础.

纸结构模型制作工艺与节点连接方式探究

以"河南省第二届结构设计竞赛"命题为背景,对纸质杆件在制作与连接过程中所出现的问题进行了研究,并结合实际情况提出了相应的优化对策,以促进不同条件下纸模型制作工艺的发展。

考虑非线性本构的非刚性折纸结构动力学建模与分析

折纸结构因其大收纳比、高可控性、可重构、制造装配简单以及设计多样等优势,在航天、生物医学、建筑、机器人、材料科学等工程领域有着广阔的应用前景.随着折纸结构的工程应用越来越广泛,针对低刚度折纸结构的动力学研究愈加重要.本文将非刚性折纸结构等效为带卷簧的空间桁架结构,建立了一种通用的杆–链动力学模型.考虑材料的几何非线性,采用基于Ogden超弹性本构的杆单元来模拟折痕和虚拟折痕,可适用于作大范围运动并具有大变形的折纸结构.引入非线性卷簧来体现折痕的抗弯作用,相较于传统的卷簧本构模型,本文提出的改进的非线性卷簧本构模型具有更强的通用性和鲁棒性,能够有效避免接触碰撞动力学中折叠面的穿透.基于虚功原理,建立了考虑阻尼效应的非刚性折纸多体系统的动力学方程,并采用变步长的广义-α法求解.最后,对三种经典折叠形式的非刚性折纸结构进行动力学仿真,验证了本文提出的杆–链动力学模型的准确性和高效性.通过施加虚拟折痕和修正初始构型,有效解决了刚性折纸模型中展开和收拢过程的锁定问题.与刚性折纸模型相比,杆–链动力学模型具有更好的数值模拟通用性,并能够给出具有大变形张紧构型.在此基础上,揭示了非刚性折纸结构复杂的动力学行为,并对多稳态、瞬态动力学和波动力学特性进行分析.

管状折纸结构的仿乌贼水下机器人设计

为了增强仿乌贼游动方式的水下机器人环境适应能力,设计了一种基于气动软体驱动器驱动的仿乌贼水下机器人。该水下机器人主要由2个多腔体型气动软体驱动器和管状折纸结构组成,气动软体驱动器和管状折纸结构采用螺栓联接,为水下机器人提供所需的推进动力。基于Yeoh本构模型和力矩平衡原理,建立气动软体驱动器的运动变形模型。通过分析管状折纸结构尺寸参数与水下机器人性能之间的关系,建立水下机器人的存储水量模型。制作样机并搭建实验测试系统,对水下机器人的性能进行测试,说明所提出的水下机器人设计思路的可行性。

可控自组装DNA折纸结构作为药物载体的研究进展

在过去的几十年里, DNA纳米技术作为一种快速发展的可控自组装技术,使人们能构建出各种复杂的纳米结构. DNA折纸结构具备可编程性、空间可寻址性、易修饰性及良好的生物相容性等多种优越的特性,这些优异的性质使其在药物递送方面具有广阔的应用前景.本文总结了近年来可控自组装DNA折纸结构作为药物递送系统的研究进展,展望了DNA折纸纳米载体未来的发展方向,并讨论了该领域面临的挑战和可能的解决方法.

纸结构建筑在绿色建筑中的运用探究

伴随着全球化与城市化的发展,建筑业如雨后春笋般快速生长,破坏了城市肌理,同时也造成了资源短缺。文章从近几年我国建筑行业的发展现状、绿色建筑的定义与发展趋势、纸结构建筑的绿色环保性能与运用出发,阐述纸结构建筑在我国绿色建筑行业中的运用,以期为我国绿色建筑的发展提供参考。

炭纤维长径比对炭纸结构性能的影响

炭纸是燃料电池膜电极组件中的关键材料,起到气、液、电、热传输以及支撑催化层的作用。为研究炭纸自身孔结构对其性能的影响,采用湿法成纸和混抄不同长径比炭纤维的方法制备具有不同孔结构的炭纸,并对炭纸的表面形貌、结构和性能进行表征。结果表明:单种长径比炭纤维制成的炭纸,其厚度、面内电阻率、树脂炭质量分数和表面水接触角随炭纤维长径比提升而降低,其法向电阻率与拉伸强度随炭纤维长径比提升而增加;采用长径比值分别为571和857的CF4和CF6混抄得到的炭纸,随CF6质量分数增加,其厚度、面内电阻率、树脂炭质量分数和表面水接触角均减小,法向电阻率、孔隙率、透气度、拉伸强度均增加。与商业化炭纸相比,当CF4和CF6的混抄比例为10/90时制备的炭纸具有较好的导电、透气和力学性能。

折纸结构折叠运动学分析的节点坐标法

折纸结构在可展结构的工程实践中具有重要应用价值。为对折纸结构的折叠过程进行运动学数值模拟,文章基于广义逆矩阵理论,提出基于节点坐标的折纸结构折叠过程的运动学分析方法,以实现通过节点外力控制折纸结构的折叠运动;提出一种空间折纸基本单元,采用典型Miura-Ori数值模型的折叠计算验证此基本单元的可行性;通过完整折纸结构模型与含有开口的折纸模型,对动不定折纸体系的折叠过程进行分析与考察,阐明其折叠路径与结构刚体位移的联系。数值结果表明,文章提出的方法可行,分析准确。其研究能够以节点坐标为未知量,为折纸结构的研究人员及设计者从节点坐标控制角度提供一种可行的分析方法。

折纸结构在隐藏照明功能的户外宿营服装上运用的可行性探究

折纸作为一种传统的民间手工艺,有它独特的文化艺术内涵以及无限的空间创意性。纸张的伸缩性也给服装设计者带来了无限遐想与尝试,折纸的挺阔感及线条的硬朗感也让服装有了新的面貌。文章以折纸结构为主要设计灵感,探索折纸与服装结合的方法,通过折纸结构来隐藏服装的照明功能以达到创意设计的目的。

折纸结构及其应用研究科学计量学综述

在过去的十年里,折纸结构及其应用引起了学术界和工业界的广泛关注,同样给工业设计也带来深远影响。虽然已经有折纸结构在某些领域应用的多篇文献综述,仍缺乏对其比较系统而全面的梳理分析。以Web of Science核心集数据为分析样本,利用CiteSpace可视化分析软件对折纸结构及其应用进行了科学计量学回顾。通过对纳入文献的一般数据分析,从发文数量、国际研究力量、学科和期刊分布情况层面对当前研究现状进行梳理。同时,基于对当前研究的共被引网络、聚类和引文爆发的分析等,总结出机械超材料、机器人和折纸启发设计的新兴趋势。并从设计方法、工业产品设计、机器人和材料四个方面具体分析了三个新兴趋势对于工业设计的影响与启发。研究成果可为折纸结构的相关课题研究以及在工业设计领域的应用提供参考。

折纸结构在花卉包装设计上的研究与应用

随着现代花卉市场的快速发展,传统花卉包装也面临升级转型的挑战,以往的花卉包装存在不环保、保护性能弱、不美观等问题。 折纸是一种历史悠久的手工艺术,起源于公元 1 世纪或 2 世纪的中国,之后在日本兴起发展。 文章探究了折纸结构的原理、优势以及应用于花卉包装的可行性,为现代花卉包装探索一种新的可能性,使包装满足保护花卉功能,符合环保要求,方便消费者携带,并具有一定的艺术性和展示性。

纸结构建筑物信息

应用纸作为建筑物的结构材料,不仅可以减轻建筑物的重量、加快施工速度、降低成本,而且建筑物拆除后,可以回收再利用,对环境保护亦有好处.目前,世界上已经有一些用纸结构建造成的临时性和半临时性的建筑物.