一种具有压力检测功能的智能医疗夹板设计

传统的医用夹板被用于固定桡骨远端骨折,它只能依靠医生的经验来控制压力,这将直接影响骨折的康复过程。文中设计并制造了一种具有压力和温度检测功能的智能夹板。首先,对用于桡骨骨折固定的传统四种夹板之一的宽夹板进行了重新设计,并通过三维(3 dimension,3D)打印技术进行打印。在人体工程学的基础上,夹板增加了高密度的通气孔、扎线槽、传感器接触点、电路槽和电池。其次,对压力传感器进行选型并设计控制电路,该电路可同时检测多个通道的压力值及当前温度值,并在本地的有机发光二极管(organic light-emitting diode,OLED)屏幕上实时显示。最后,通过蓝牙将采集数据上传到手机,利用大数据分析病人的康复数据,从而得到最优治疗方案。

基于用户需求导向的智能座舱柔性试验台概念设计集成方法

为解决传统座舱试验台结构同质化及模块化设计不足等问题,采用亲和图法整理了汽车故障及用户初始需求;采用模糊Kano模型进行需求指标权重计算,并结合质量特性要素进行用户核心需求汇总;通过功能分析系统技术(Function Analysis System Technique,FAST)黑箱模型将用户需求转化为功能需求,并引入公理设计(Axiomatic Design,AD)理论与功能-行为-结构(Function-Behavior-Structure,FBS)模型进行逐级映射,最终确定智能座舱柔性试验台的结构设计要素。该设计过程以用户核心需求为导向,通过FAST-AD-FBS集成方法的应用,克服了传统产品概念设计中用户需求与产品功能结构设计间存在矛盾的问题,为提高产品创新设计的完整性及准确性提供了理论参考。

基于人工智能的舞蹈动作识别与评分系统开发

为解决线上线下融合式成绩评定一体化难以实现的问题,文中将人工智能的动作识别理论应用到舞蹈教学中,开发了人机互动的评分系统,实现了移动端的实时查询。在教学时通过使用可穿戴传感器惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)来收集舞蹈动作的数据信息,之后对数据进行标准化处理和滑动窗口数据分割,从而建立了长短期记忆(long short-term memory,LSTM)深度学习模型。通过研究模型动作识别的测试结果,发现模型准确率可达到94.28%。同时,利用LSTM深度学习模型和HTML5、CSS3等技术实现了人机互动形式的可视化实时成绩查询功能。文中提出的智能评分系统促进了课内外一体化的动态结合,实现了大学体育课程的智能化教学。

模拟骨小梁假体界面微动的实验装置设计与有限元分析

目的:设计一种模拟骨小梁假体界面微动的实验装置(以下简称“微动装置”),并进行有限元分析。方法:微动装置由带有螺纹的旋入圆筒、柔性铰、微动杆、骨小梁假体、连接杆和固定柱组成。采用SolidWorks软件构建微动装置模型,并将其导入ABAQUS软件中建立有限元模型,对股骨施加轴向位移载荷,分析微动装置中柔性铰的位置、假体与股骨之间的间隙和连接杆的长度对微动的影响。结果:微动装置产生的界面微动随柔性铰距旋入圆筒下端距离的增大而增大;假体与股骨之间的间隙≥20μm时,间隙对界面微动不产生影响;界面微动随着连接杆长度的增大而增大。结论:微动装置可以准确模拟出不同的骨-骨小梁假体界面的微动,可为研究不同界面微动对骨整合的影响提供实验装置。

基于CAN总线的智能电动执行器控制系统设计

电动执行机构是控制和驱动阀门的重要装置,被广泛应用于工业自动化的各种控制过程中,能够精确地实现阀门动作控制,是自动化控制环节中一种常用驱动装置。本文在研究国内外电动执行器的设计原理和控制方式基础上,设计了一种电动执行器控制系统。该系统采用CAN总线通信方式,使其更符合当前工厂自动化工程技术网络化的趋势,主控制器采用工业级STC8A8K64S4A12芯片,测量部分采用增量式光电编码器。软件部分实现了模糊参数自适应调整、模块化专家系统故障诊断及保护等功能。经调试和运行测试,系统性能稳定、参数易配置、执行误差≤0.5%,能够满足工业现场自动化控制的需求。

基于STC8的智能电动执行器控制系统设计

电动执行器具有精密可靠、安全经济和高效稳定等特点,被广泛应用于现代工业控制中,是自动化控制系统中一种常用驱动装置。在研究国外电动执行器设计原理和控制方式的基础上,设计了一种电动执行器控制系统。该系统采用工业级STC8A8K64S4A12芯片为主控制器,硬件采用模块化方法设计,可根据电动执行器型号搭配使用不同类型的驱动模块,实现了参数自整定、专家系统故障诊断及保护等功能。经调试和运行测试,系统性能稳定,参数易配置,执行误差≤0.5%,能够满足工业现场自动化控制的需求。

人机系统可靠性设计研究进展

目的研究人机系统可靠性设计理论。方法通过对可靠性概念的描述,进而对机械可靠性、人的可靠性、人机系统可靠性的研究现状、主要分析方法及应用等方面的文献进行梳理与综合分析。初步构建了人机系统可靠性设计研究框架。结论指出人机系统可靠性设计的未来发展趋势,为该领域进一步的研究提供参考。

同型异构机器人运动控制实验教学平台设计

机器人的构型优化设计与运动控制是提高制造业生产效率和水平的核心技术。文章设计了一种开放性同型异构机器人运动控制实验教学平台,提供了不同类型的静平台基座、关节构件、偏置构件和末端执行器,以及可回读位置的舵机、外部传感器和基于STM32构建的运动控制器。根据自由度数要求,学生可利用该平台自主设计并实现类型相同、结构互异的机器人本体模型,采用三维软件和MATLAB对运动学模型、工作空间进行仿真并验证其可行性,设计机器人运动轨迹插补算法,并实现规定场景运动控制。

救援机器人远程控制系统的设计与实现

救援机器人远程控制系统决定了救援机器人的整体性能,是救援机器人完成救援任务的关键。基于Lab VIEW图形化编程环境的采集模块,实现视频和音频的数据信息实时采集;同时,采用Lab VIEW的Web技术将VI前面板发布到网页,客户端通过浏览器访问服务器端,远程操控VI前面板,从而实现对救援机器人的远程控制,即现场视频、音频数据信息的远程传输。最后,在自行搭建的模块化机器人上开展视频和声频远程控制的实验研究,验证所提救援机器人远程控制方案的可行性。

一种双工位旋转式上甑机器人设计

上甑是白酒酿造的关键工序,为解决传统白酒酿造上甑过程中劳动强度大、酒质及产酒率不稳定等问题,依据上甑过程的工艺要求及标准,设计了一种双工位旋转式上甑机器人。该机器人采用3个旋转关节和撒料器实现上甑铺料的平面定位,平移关节实现撒料高度的控制。对机器人的正、逆运动学进行了解析求解和验证,采用Monte⁃Carlo法模拟了上甑机器人的工作空间;基于有限元方法对关键部件进行了强度及模态分析。通过物理试验样机的现场测试,表明样机上甑相比于人工上甑的出酒率提高了10%左右,尾酒度数降低了5°~7°,有效提高了上甑的效率,验证了设计的可行性。模拟仿真与样机测试结果表明:文中上甑机器人的结构及功能满足设计要求,可为上甑机器人的设计及后续性能优化提供参考。

钢管输送机构的PLC控制系统设计

介绍了钢管输送机构的基本结构及工作原理,根据该输送机构的运动要求,设计了基于顺序控制的PLC控制系统,该控制系统设计简单、调试方便、可靠性高,不仅具备自动控制模式,还具有手动控制功能,通过精确的自动化输送提高了生产效率。

基于BP神经网络的智能定量供种系统设计

为确保双级振动精密排种器工作时在充种均匀的前提下实现连续播种,设计智能定量供种系统。为提高定量供种精度,基于BP神经网络对勺式外槽轮供种装置建立定量供种预测模型,建立隐层结点数为6的神经网络模型。BP网络训练结果表明,当网络模型训练步数为71步时,网络的均方误差为4.61×10^(-5),小于设定值5×10^(-5);采用16个理论供种模型样本与测试样本进行BP网络测试,结果表明,基于BP神经网络预测模型仿真得到的预测值相对误差较小,其精度高于理论供种模型的精度,且神经网络相对误差均小于5%,获得的样本误差平方和为5.59×10^(-4),小于设定目标值8×10^(-4),满足预先设定要求;最后,利用建立的定量供种预测模型,对4种不同千粒重的超级稻种子进行仿真,得到振幅分别为0、5、10、15μm下的排种轮转速与供种量关系,该研究结果可为确定定量供种器的工作参数提供理论依据。

汽车车身造型设计与气动力分析

为研究车身造型对气动力的影响,根据人机工程相关参数,运用Rhino软件的非统一有理B样条(non-uniform rational B-splines, NURBS)建模技术,构建车身外形,并采用计算流体动力学方法对其外流场进行仿真,得到气动力特性。流场中气流始终附着在车身表面没有出现分离,表明车身造型合理,有利于减小气动阻力。针对尾部结构进行曲线再造,改进后的模型的气动阻力明显减小;附加尾翼和鸭尾造型气动升力减小,侧倾力矩减弱,有利于提高汽车对地面的附着力,提高稳定性,更适合于赛车。文中采用的方法可为设计符合汽车空气动力学特性的车身造型方案及风洞试验提供理论参考。

基于Arduino的智能楼宇无线多传感器监控系统设计

针对传统楼宇传感器监控系统布线复杂、功能单一等缺点,利用Arduino开源平台、无线模块Xbee、LEWEI50物联网开放平台搭建智能楼宇多传感器无线监控系统。系统以Arduino Uno为主控板,采用模块化设计,在局域网内部采用Xbee无线模块组网,实现对温湿度传感器、空气质量传感器、烟雾传感器、电能能耗传感器的数据采集和开关控制命令的传输,在外部通过W5100以太网模块实现互联网数据传输与监控。该系统实现对室内温度、湿度、空气质量指数、烟雾及电能等数据的无线实时采集;通过互联网、微信实现对传感器数据的远程实时监测;通过物联网开放平台实现微信、微博、短信等多种方式的报警功能;实现对智能楼宇开关的远程控制。实验结果表明,该系统无线通信距离远、实时性好、运行稳定、扩展性强。

精密机床差异化温控系统设计方法与控制策略研究

为满足变工况和环境温度波动条件下精密机床各部位对温控系统的动态、差异化控制需求,提出一种精密机床差异化温控系统的设计方法和控制策略。首先,提出了差异化温控系统关键功能部件选型设计方法和温控能力主参数计算方法;其次,根据差异化温控系统高/低温油箱中油温测量值与目标值的差别,形成对两油箱温度的动态实时控制策略;再次,采用MATLAB软件开发出温控系统关键部件的选型设计模块和高/低温油箱温度控制仿真分析模块;最后,通过仿真模拟获取相关温度数据,并与同工况下的实验数据进行对比分析,验证所提出的差异化温控系统设计方法及控制策略的可行性和合理性。结果表明仿真分析模块可以较为切实地反映出实际工况下的温度整体变化情况和趋势。所提出的精密机床差异化温控系统的设计方法和控制策略具备一定的合理性和可行性,且具有较高的工程应用价值。

大型舰船岸基恒张力系泊装置的理论计算及系统设计

为了解决大型舰船驻泊时系泊缆绳瞬时张力过大而发生断裂的问题,提出一种岸基恒张力系泊装置,采用容积变化式的恒张力液压控制原理,主要内容包括设计要求及工作原理、理论计算及关键元器件选型、机械结构设计、液压系统设计、系统仿真。分析结果表明:此系泊装置在不改变现有系泊设施和缆绳的情况下,可以将系泊缆绳张力控制在一个相对固定的范围内,从而可以确保缆绳不发生断裂,并且可单独安装,需要的能量很少,经济实用。

重载机械臂转速排量复合控制电动静液作动系统设计与仿真

主要研究转速和排量复合控制电动静液作动器(EHA-VSVP)系统在重载机械臂中的应用。在满足重载机械臂需求的基础上,利用AMESim和MATLAB建立液压系统和控制系统的仿真模型。为解决系统存在的相乘非线性耦合问题,使用分配解耦的控制策略,配合AMESim和MATLAB的联合仿真技术对系统进行仿真分析,从阶跃响应和正弦响应的角度探究系统的稳定性。仿真结果表明:所设计的EHA-VSVP系统原理正确,满足性能需求。该系统所使用的控制策略可以很好地解决相乘非线性问题,且权重分配具有一定的理论依据,可以满足控制需求。

温度控制系统时滞对象的先进PID控制方法研究

滞后问题在工业过程控制中普遍存在,为使温控系统时滞控制获得较好的控制效果,选取反向传播(Back Propagation,BP)神经网络和径向基(Radial Basis Function,RBF)神经网络两种先进PID控制算法整定控制参数.运用Matlab软件对控制算法进行仿真并对比分析算法的控制效果,为系统控制算法选取及模块开发提供参考.

基于嵌入式系统的智能一卡通处理终端设计

为更好实现我国智慧城市建设中通用、共享、快捷、方便、安全的"一卡通用"的小额支付体系,以及拓展智能一卡通卡在公共交通领域的应用和信息获取,在系统需求分析的基础上,采用自顶向下的方法完成智能一卡通处理终端整体系统设计、硬件和软件系统设计,以及车载刷卡、实时监控、全球定位、WiFi热点、无线数据互通、后台数据处理、远程管理终端等功能模块的设计。实际应用表明,基于嵌入式系统的智能一卡通处理终端在系统功能方面能够满足城市中公用服务收费需求,能够为公共交通等服务行业机构的运营与决策提供数据资源,将促进国家金卡工程建设。

可用于载人/物绿色爬楼装置爬行系统优化设计

针对国内外爬楼装置存在的结构复杂、系统稳定性与安全性差等问题,提出了一款可用于载人/物绿色的爬楼装置研究原型,进而围绕装置爬楼的平稳性、安全性、高效性、驱动自适应性等关键问题开展优化研究工作。通过SOLIDWORKS进行了整体结构模块化设计;在ANSYS中对系统的关键零部件进行了有限元分析与有效力学结构优化;利用SOLIDWORKS Motion插件实现了爬楼过程中质心运动轨迹稳定性仿真。分析结果验证了该装置爬行系统的合理有效性。