新工科建设中智能制造课程的实践教学

随着智能制造的发展,以及新工科建设要求的提出,智能制造作为一门新兴的多学科交叉课程,在大学课程教学中逐渐开展。通过开设完成《智能制造导论》课程的教学工作,研究和总结了智能制造课程的实践教学的理论和经验,主要从教学内容、教学方法、与专业课程的融合等方面进行了分析探讨。实践结果表明,选取的教学内容和采用的教学方法取得了较好的授课效果,符合新工科人才培养的要求。

基于姿态与力测量的手功能自动康复评估方法

脑卒中后约70%的患者存在手部功能障碍,需要长期进行康复治疗。康复评估是制定康复治疗方案的科学依据。现有手功能评定方法需要有经验的医生指导患者完成目标任务,其评分机制具有一定的主观性,而且持续时间较长,整个评估过程不仅费力、复杂,还降低了患者的舒适度。目前仍缺乏准确的手功能自动评估系统,开发客观、定量、可靠的测量设备,实现手功能自动评估在康复医学中具有重要意义。因此,提出一种基于柔性阵列式薄膜压力传感器(Flexible Array Pressure Sensor,FAPS)和RGBD相机的自动Fugl-Meyer手功能评估系统。该系统采用Leap Motion双目视觉传感器跟踪手部/手腕的运动姿态,将FAPS分别附着在5种抓握工具上,记录5种抓握方式下手部的力信息。设计包含教学视频的上位机平台,指导患者康复评估动作。分别提取运动姿态和力信息的特征值,设计基于不同条件的逻辑规则分类方法进行每个动作的评定。进行了初步实验,结果证明该系统可用于手部运动功能的康复评估。

基于有限元仿真的Ti6A14V铣削过程参数建模与优化

为优化钛合金Ti6A14V铣削参数、提升铣削性能,基于有限元软件建立Ti6A14V的二维铣削仿真试验模型,研究控制参数铣削深度、铣削宽度、铣削速度、铣削进给速度对铣削力的影响;试验得到各控制参数对铣削力的作用大小以及各控制参数的最佳取值;以降低铣削能耗、提升金属表面去除效率为优化目标,构建铣削参数多目标优化模型,并基于NSGAⅡ算法对该优化模型进行求解,获得Pareto解下最佳铣削参数取值范围.本研究可为类似加工过程的优化提供借鉴.

薄壁零件铣削加工振动评价方法研究

薄壁零件加工振动的抑制效果多采用定性分析,难以定量判定其振动严重程度。为了能够定量分析加工振动的抑制效果,评价加工振动的严重程度,文章在加工振动信号测量试验的基础上开展了加工振动评价方法研究。在加工振动信号采集机理分析的基础上,进行了加工振动试验设计,并采集加工中的加速度信号、声音信号以及加工后的表面粗糙度。建立了反映三者之间映射关系的拟合经验模型,并根据工件表面质量和加工精度提出了无振动、轻微振动和严重振动的定量评价方法,为加工振动的测量判定和加工振动抑制效果的评价提供了理论支持。

超声波对樟芝孢子萌发与细胞形态的影响

以樟芝菌节孢子为研究对象,通过单因素试验,分析超声介入时间点、超声功率密度、超声频率和超声时长对樟芝菌节孢子发芽率的影响,优化了超声波对樟芝菌节孢子萌发的最佳处理条件:在樟芝菌节孢子接种到培养基中培养9 h后,超声波频率为22 kHz、功率密度为60 W/L处理15 min。采用扫描电镜观察了超声波对节孢子细胞壁的影响,发现超声波处理引起樟芝菌节孢子细胞壁表面形成很多针状物,在一定程度上破坏了细胞壁的结构,随着恢复培养时间的推移,逐渐恢复为表面光滑的细胞壁,这些结果表明可能是由于超声波处理在一定程度上破坏了樟芝节孢子细胞壁的结构,从而促进了樟芝菌节孢子的萌发。

离子渗氮化合物层物相调控对耐磨性的影响

目的探索化合物层物相与耐磨性的关系,并实现其有效调控,从而满足不同零部件的服役性能要求。方法选用常用渗氮钢38CrMoAl进行不同氮气比(15%、20%、25%)离子渗氮研究,渗氮温度为510℃,保温4 h。采用光学显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计和摩擦磨损试验机对渗氮后的显微组织、物相组成、截面硬度、耐磨性进行了测试和分析。结果在相同的渗氮温度下,调节氮气比可获得不同物相组成的化合物层。在渗氮温度510℃下,氮气比为20%时满足形成γ′相的临界氮势,从而得到γ′单相化合物层。氮气比达到25%时,满足形成ε相的临界氮势,渗氮层中γ′相形成,并动态转变成ε相,使ε相逐渐增多,形成ε+γ′双相化合物层。结论38CrMoAl经不同氮气比离子渗氮后形成了ε+γ′双相化合物层,在较小磨损载荷(200 g)下,具有更优的耐磨性。但在较大磨损载荷(400 g)下,氮气比20%获得的γ′单相化合物层试样磨痕较窄,摩擦系数较小,即在较大磨损载荷下,γ′单相化合物层比ε+γ′双相化合物层表现出更加优异的耐磨性能。该研究可为不同磨损服役条件的零部件离子渗氮工艺设计提供参考。

弧焊机器人视觉检测平台设计与应用

为实现对V型坡口焊缝的精确检测,提出了一种基于结构光视觉传感器的弧焊机器人检测系统方法。该方法实时采集线结构光焊缝图像,采用中值滤波和最大类间方差法对图像进行去噪和阈值分割后,运用细化及斜率分析法提取结构光条纹中心直线,最后结合机器人手眼及光平面标定参数获取焊缝检测特征直线方程和特征点坐标。通过V型坡口焊缝检测实验,验证了该系统的特征点坐标检测相对误差在0.5%以内,具有较好的检测精度,满足工业实际现场的要求。

基于FLUENT的碟式离心机油水分离效率数值模拟

为研究碟式离心机结构参数和运行参数对内部流场的分离效率的影响,基于FLUENT数值模拟软件,采用标准kε湍流模型和VOF多相流模型对碟式离心机的流场特性以及油水分离结果展开研究,得到不同转鼓转速、入口速度、碟片密度和转鼓高度对分离效率的影响.研究结果表明,转鼓转速对分离效率的影响最大,主次关系依次是:转鼓转速>入口速度>碟片密度>转鼓高度.基于研究结果,得出最优参数组合为:入口流速10 m/s,转鼓转速10000 r/min,碟片密度45个,高度200.5 mm.

基于MATLAB的六自由度焊接机器人的运动学仿真与轨迹规划

以六自由度焊接机器人为研究对象,采用标准D-H参数法建立坐标系与运动学方程,利用MATLAB/Robotics Toolbox工具箱建立机器人运动模型,对正运动及轨迹规划进行仿真,得到连续且平稳的末端轨迹曲线和关节角位移、角速度、角加速度的变化曲线。结合具体工件,完成了轨迹仿真和实际试验,由实际焊接点拟合得到的轨迹曲线与仿真轨迹曲线具有良好的一致性,表明仿真结果具有较高的精度和良好的平稳性,为后续机器人的离线编程系统开发打下了良好的基础。

基于传递矩阵的钻孔应变法测量薄板残余应力

针对ASTM E837标准中钻孔应变法测量薄板工件残余应力计算精度低、计算过程复杂的现状,引入弹性力学应变传递矩阵,根据应力叠加原理推导出残余应力与测量应变关系的解析表达式,进而实验研究采用应变传递矩阵计算残余应力的精度。结果表明:与标定值相比,采用传递矩阵计算的残余应力相对误差绝对值均值小于2%,采用ASTM E837标准中校准系数计算的相对误差绝对值均值为5%左右,采用传递矩阵计算残余应力的精度较高。计算残余应力的传递矩阵解析表达式具有严谨的力学理论推导,包含应变花几何尺寸、钻孔直径、泊松比等参数,具有较高的通用性,避免ASTM E837标准中校准系数的有限元标定,简化测量过程,提高残余应力的测量精度。

大型环件热态几何参数在线检测方法综述

从大型环件在线热态尺寸高精度检测的需求出发,讨论了大型环件检测高精度化的意义,综述了目前关于环件外径、高度及内径检测方法的现状,总结分析了各类环件检测技术的优缺点,并对大型环件在线检测技术进行了展望,指出采用激光扫描技术与机器视觉检测技术可能是未来的解决思路之一。

电网波动下并网逆变器的解耦双同步法研究

电网电压不平衡时,并网系统中含有正、负序电压分量.由于负序电压分量的存在,使用传统控制策略时系统中会出现大量谐波,影响逆变器输出电流质量.针对此问题,提出一种基于解耦双同步的四闭环并网逆变器控制算法,对正、负序电压分量进行分离控制,能有效减小负序电压分量的影响.在Matlab/Simulink中搭建模型分别对电网电压不平衡时采用传统控制策略和基于解耦双同步控制策略的控制过程进行仿真对比研究.仿真结果表明基于解耦双同步的并网逆变器控制算法可有效减小负序电压产生的谐波,提高逆变器输出电流质量.

钢铝双金属复合板的轧制及其界面分析

采用不同的表面处理方式制备了20钢和纯铝板基材的冷轧双金属复合板,并用剥离试验法测定了钢铝双金属复合板的结合强度,对比得出了最佳表面处理方式。在此方式下,研究了压下率对钢铝双金属复合板结合强度的影响,得出最佳压下率。采用电子显微镜、扫描电镜观察分析了复合板结合界面的金相组织、结合面形貌、元素分布及基材表面形貌。结果表明:化学处理和机械处理相结合的表面处理方式可以提高复合板的结合强度。在最佳表面处理方式下,当压下率为65%时,钢铝双金属复合板的结合强度最高,为13.3 N/mm(误差值±0.1 N/mm)。复合板界面钢侧没有Al元素扩散,Al侧没有Fe元素扩散,界面结合方式以机械结合为主。

汽车弯道行车侧向安全距离建模与仿真

弯道多为交通事故高发路段,为了防止汽车转弯时因变道产生的碰撞危险,提高行车安全性,建立了汽车弯道行车侧向安全距离模型,该模型将变道车辆的行驶距离分解为侧向纵向两个方向,保证在弯道同向行驶时不会因车辆变道相撞,推算出两车应保持的安全侧向车距,确定了纵向临界安全距离、两车夹角等参数,并将该模型与现有的侧向临界安全距离模型进行仿真对比。结果表明:汽车弯道行车侧向安全距离模型可以准确、有效的判定侧向安全距离,提高了预警的可靠性。

WAM机器人辅助上肢康复训练技术应用研究

运用WAM机器人辅助偏瘫上肢进行康复训练,从机器人运动参数和传统医学评估方法两方面分析验证康复训练的有效性.基于WAM机器人搭建实验平台,设计“十”字和“米”字康复训练方式,添加趣味性游戏,招募上肢偏瘫患者跟踪进行康复训练与评估.采集WAM机器人的轨迹和转矩信息,分析康复训练前后轨迹跟踪误差和转矩变化,评价患肢的运动功能,同时由康复医师运用传统评估法Brunnstrom等级分期法进行康复评估.实验结果显示,经过1个月的康复训练,机器人轨迹跟踪误差减小,转矩波动变化趋于平缓,患肢随意运动减少,评估Brunnstrom等级有所提升,且效果优于传统康复训练.研究结果表明WAM机器人辅助康复训练科学合理,康复效果优于传统康复训练方法.

酶解-膜分离耦合制备葵花籽粕抗氧化肽的研究

副产品葵花籽粕富含优质蛋白质,利用葵花籽粕生产蛋白质多肽的研究甚少。为充分利用葵花籽粕中的蛋白质,试验研究了不同超滤膜截留的葵花籽粕蛋白多肽含量及其抗氧化性,并通过试验分析加酶量、酶膜耦合时间、泵转速等因素对葵花籽粕中的抗氧化肽产量及其活性的影响。试验结果表明:选择截留相对分子质量5 k Da的超滤膜进行酶膜耦合,制备葵花籽粕蛋白抗氧化肽,能够富集到抗氧化活性较强也较为纯净的葵花籽粕抗氧化肽,酶解-膜分离耦合试验确定的最佳工艺参数为:加酶量1.0 AU/g,泵转速120 r/min,酶解时间80 min。