基于Flexsim的自动化仓储系统货架货位分配策略的研究

以直线导轨、两端出入库仓库为研究对象,分析了采用不同堆垛机运行模式时堆垛机的作业过程,确定了适用于该型仓库的堆垛机运行模式,在此基础上针对自动化仓储系统的不同业务需求提出了两种货架货位分配策略。利用Flexsim进行仿真,仿真结果表明,在不对自动化仓储系统现有设施升级的情况下,采取合适的货架货位分配策略能有效提高自动化仓储系统的作业效率,为设计提供了参考。

自动驾驶电动车辆基于参数预测的径向基函数神经网络自适应控制

针对具有不确定性的自动驾驶电动车辆的运动控制问题,提出了一种基于参数预测的径向基函数(RBF)神经网络自适应协调控制方案。首先,考虑系统参数的不确定性及外部干扰的影响,利用预瞄方法建立可表征车辆循迹跟车行为的动力学模型;其次,采用RBF神经网络补偿器对系统不确定性进行自适应补偿,设计车辆横纵向运动的广义协调控制律;之后,考虑前车车速及道路曲率影响,以车辆在循迹跟车控制过程中的能耗及平均冲击度最小为优化目标,利用粒子群优化(PSO)算法对协调控制律中的增益参数K进行滚动优化,并最终得到一系列优化后的样本数据;在此基础上,设计、训练一个反向传播(BP)神经网络,实现对广义协调控制律中增益参数K的实时预测,以保证车辆的经济性及乘坐舒适性。仿真结果证实了所提控制方案的有效性。

纳米α-Fe_(2)O_(3)/壳聚糖修饰玻碳电极的电化学行为研究

通过不同温度煅烧获得不同比表面积的α-Fe_(2)O_(3)纳米颗粒,将纳米α-Fe_(2)O_(3)与壳聚糖制成复合材料。利用滴涂法,将纳米α-Fe_(2)O_(3)/壳聚糖复合材料修饰在玻碳电极上,并通过循环伏安法研究纳米α-Fe_(2)O_(3)/壳聚糖/玻碳电极对铁氰化钾电化学性能的影响。结果表明:随着烧结温度从280℃提高到700℃时,α-Fe_(2)O_(3)纳米颗粒的比表面积由136.5m^(2)/g变为2.1m^(2)/g。纳米α-Fe_(2)O_(3)/壳聚糖/玻碳电极能显著提高铁氰化钾的电化学性能,与裸电极相比,氧化和还原电流均显著提高,其电化学催化性能与其纳米α-Fe_(2)O_(3)比表面积密切相关,比表面积越大峰电流就越强。在最佳实验条件下,浓度在510^(-4)~510^(-3)mol/L范围内,铁氰化钾的还原电流与浓度呈良好的线性关系,检出限为1.25×10^(-5)mol/L,该修饰电极重复性和稳定性较好。

车用空调控制器自动装配线视觉检测系统设计

我国的车用空调控制器自动装配线的检测任务主要靠人工完成,检测效率低,稳定性差,成本大且装配质量难以保证。为解决这一问题,基于机器视觉技术设计了应用于车用空调控制器自动装配线的视觉检测系统。系统包括对散热片点胶工位涂胶质量的合格判定,以及电路板烧录测试工位电极片与电容位置的检测。采用自动阈值分割、滤波处理、改进的双阈值大律算法、击中击不中、深度学习等多种视觉算法完成空调控制器的检测装配。经生产实践验证,该视觉系统可实现车用空调控制器装配线的自动检测,整个装配流程无需人工干预,极大地提高了装配效率和质量,检测成功率和生产效率满足基本需求。

基于TRIZ与AD的海草夹苗机械手概念创新设计及可靠性研究

利用发明问题解决理论(Theory of innovation problem solving,TRIZ)与公理设计(Axiomatic design,AD)的集成技术,建立了基于两者的概念设计过程模型。首先,在约束条件下,运用TRIZ和AD来完成产品功能-结构的映射,构造并求解出其原始的设计矩阵;然后,基于公理化设计理论判断原始矩阵是否耦合,若不是耦合矩阵则产生创新方案,若是耦合矩阵,则利用TRIZ工具集将实际问题转化为TRIZ标准参数,以达到消除耦合的目的。为了验证海草夹苗机械手设计方案的可行性,利用ADAMS将优选的方案进行虚拟仿真。最后,利用加权线性响应面法,对夹苗机械手关键零部件进行可靠性分析,以求出相应的可靠度值,该值验证了设计结果的可靠性。

二维经验模态分解在工程表面形貌误差评定中的应用

针对目前表面微观形貌面形误差分离方法中存在边界畸变及自适应差等缺点,提出了将具有自适应时频分辨能力的二维经验模态分解算法(bidimensional empirical mode decomposition,BEMD)应用于三维工程表面面型误差分离中,同时用Riesz变换构造单演信号,计算信号整体的频率特征,完成对二维经验模态分解算法的终止准则的改进,使其能严格按照ISO4287所规定的截止波长分离三维表面各频段形貌误差。仿真结果表明,本文新方法相比于国标ISO中高斯滤波以及常用小波滤波,在分离三维工程粗糙表面各面型误差时,所得分离图形效果远优于传统方法所得,且各频段误差对应的三维评定参数误差均小于5%。最后对光学镀膜元件实例进行分析,结果表明该算法能够很好地分离各形貌误差的的空间信息,所得参数评定基准面相对传统方法不存在边界畸变等问题,因此该方法在实际工程表面评定应用中具有可行性。

漂浮基柔性两杆空间机械臂基于状态观测器的鲁棒控制及振动控制

讨论了漂浮基柔性空间机械臂基于状态观测器的鲁棒控制及振动最优控制问题。首先通过合理选择联体坐标系,实现两柔性杆弹性变形之间的解耦;根据拉格朗日方程与动量守恒原理,建立了载体位置无控、姿态受控飘浮基两杆柔性空间机械臂系统的动力学方程。接着利用奇异摄动法,将这个柔性两杆空间机械臂系统分解为一个慢变子系统与一个快变子系统。以此为基础,提出了一个包含慢变控制项与快变控制项的复合控制器。利用动态滑模观测器得到慢变子系统的观测速度矢量,基于这个观测速度矢量设计系统的鲁棒慢变控制律来实现载体姿态、关节轨迹的跟踪。利用线性观测器得到快变子系统的观测速度矢量,基于这个观测速度矢量与线性系统的最优控制理论设计系统的快变控制力矩,实现两柔性杆振动的抑制。最后通过系统的数值仿真,证实了方法的有效性。

漂浮基柔性空间机械臂基于奇异摄动法的模糊控制和柔性振动主动控制

讨论在载体位置不受控、姿态受控情况下,自由漂浮柔性空间机械臂载体姿态与关节轨迹跟踪的模糊控制及柔性振动主动控制问题。利用拉格朗日假设模态法并结合系统动量守恒关系,建立柔性空间机械臂系统的动力学方程。以此为基础,使用奇异摄动法和两种时间尺度的假设,将系统分解为轨迹跟踪控制和振动控制可分开设计的奇异摄动系统。对于快变子系统,设计PD控制器来对柔性杆件的振动进行主动抑制;同时,设计解耦的模糊逻辑控制器来保证慢变子系统载体姿态及关节轨迹的跟踪。由于在系统动力学方程的推导中消去柔性空间机械臂载体位置项,该模糊控制器还同时具有不需要测量反馈载体位置、移动速度、移动加速度项的优点。最后的数值仿真结果证实了所设计控制器的有效性。

LED隧道照明自动调光系统的设计

为降低隧道照明消耗的大量电力,充分挖掘和利用LED(发光二极管)光源在隧道照明中的优势,以大功率白光LED照明光源为基础,提出了一套隧道照明实现亮度自动调节的解决方案。该方案采用基于RS485总线的闭环回路通信架构,能够自动生成灯节点地址编码,实现每一灯节点的独立256级灰(亮)度控制;采用光敏元件检测洞外亮度作为调节隧道内灯具输出功率的依据;系统采用GPRS无线通信方法,实现调光控制数据、故障报警的远程传输和监控。经过实验室模型验证和实际隧道的测试,说明本设计方案是可行的,同时也大幅提高了隧道照明安全、舒适的效果,节省了能源,有推广价值。

波叠加法在机械噪声故障特征提取中的应用研究

声学故障诊断中,测量到的噪声信号是现场所有声信号的混合。为提取待诊设备噪声故障特征,建立机器系统的多声源宽带相关混合声场模型,使用波叠加法重建源表面为任意形状的空间声压场分布,计算出未知声源的数目与位置。提出的算法具有计算速度快、重建精度高,能够消除其他噪声源信号的干扰,从较小的信噪比的观测信号中分离待监测源信号的功率谱,有效提取机械噪声故障特征。实验结果验证模型与算法的可行性。

柔性空间机械臂振动抑制的模糊终端滑模控制

针对载体位置不受控、姿态受控的情况,提出了柔性空间机械臂振动抑制的模糊终端滑模控制方案。利用假设模态法、系统动量守恒关系及拉格朗日方法,导出了柔性空间机械臂的系统动力学方程。为解决柔性空间机械臂轨迹跟踪控制及振动抑制问题,运用奇异摄动法将系统分解为慢变、快变两个子系统并分别设计了控制器。慢变子系统采用具有较强鲁棒性的模糊终端滑模控制方案,快变子系统则采用基于降阶状态观测器的线性二次型最优控制器(linear quadratic regulator,简称LQR)。数值模拟结果表明,本文的控制方案不仅保证了柔性空间机械臂载体姿态及机械臂各关节铰跟踪误差在有限时间内的收敛性,而且还大大地降低了滑模控制所固有的抖振,并对柔性臂的振动具有良好的抑制效果。

基座弹性影响下空间站柔性关节机械臂的鲁棒自适应滑模控制及双重弹性振动主动抑制

讨论了基座存在弹性情况下,载体位置、姿态均不控的空间站柔性关节机械臂系统控制问题。利用拉格朗日方法结合动量守恒定律,建立了弹性基座空间站柔性关节机械臂系统动力学方程。以此为基础,依据级联控制法,将系统分解为弹性基座刚性臂子系统和关节柔性电机转子子系统。对于弹性基座刚性臂子系统,为了主动抑制弹性基座柔性振动,运用虚拟力的概念,构造同时反映柔性模态和刚性运动轨迹的混合期望轨迹,通过改造原有的控制方案,提出基于虚拟力概念的鲁棒自适应滑模控制器控制策略,由于运用了虚拟力的概念,从而仅通过设计一个控制输入便可同时保证刚性轨迹跟踪并对载体基座的弹性振动进行主动抑制,更适应于空间站柔性关节机械臂系统的实际应用。同时,针对系统参数未知的情况,利用级联控制方法能够有效地抑制柔性关节的振动。理论分析及仿真算例均表明了控制方法的可行性。

机械产品概念设计推理技术研究综述

有效的推理技术是机械产品概念设计研究的关键。在分析概念设计内涵和本质的基础上,分析了目前概念设计常用的推理技术及其特点,并指出未来概念设计推理技术的研究方向。

参数不确定与有界干扰自由飘浮柔性空间机械臂基于速度观测器的奇异摄动鲁棒控制及振动抑制

讨论载体位置、姿态均不受控情况下系统参数不确定与有界干扰自由漂浮柔性空间机械臂基于速度观测器的奇异摄动鲁棒控制及振动抑制问题。利用拉格朗日方程结合动量守恒原理获得自由飘浮柔性空间机械臂系统动力学方程;用奇异摄动法将柔性空间机械臂系统分解为关于关节轨迹跟踪的慢变子系统与描述柔性杆件振动的快变子系统。以此为基础,提出含慢、快变控制项的复合控制器。将动态滑模观测器与鲁棒控制结合,获得系统慢变控制力矩实现关节轨迹跟踪。对快变子系统基于线性观测器及线性系统最优控制理论获得系统快变控制力矩实现柔性杆振动抑制。并数值仿真证实方法的有效性。该控制方案仅需精确的载体姿态、关节角位置及柔性振动模态坐标反馈,而无需测量载体姿态角速度、关节角速度及角加速度、柔性振动模态坐标导数及漂浮基位置、移动速度、移动加速度。

漂浮基柔性两杆空间机械臂的关节运动鲁棒控制与柔性振动最优控制

讨论了载体位置、姿态均不受控情况下,具有有界干扰及有界未知参数的漂浮基柔性两杆空间机械臂的具有鲁棒性的关节运动控制与柔性振动最优控制算法设计问题。首先选择合理的联体坐标系,利用拉格朗日方程并结合动量守恒原理得到漂浮基柔性两杆空间机械臂系统的动力学方程。通过合理选择联体坐标系与利用奇异摄动理论,实现了两个柔性杆柔性振动之间、关节运动与两柔性杆柔性振动的解耦,得到了柔性两杆空间机械臂的慢变子系统与柔性臂快变子系统。针对两个子系统设计相应的控制规律,即增广鲁棒慢变子系统控制律与柔性臂快变子系统最优控制律,这两个相应的子系统控制规律综合到一起构成飘浮基柔性两杆空间机械臂总的关节运动与臂柔性振动控制的组合控制律。系统的数值仿真证实了方法的有效性。该控制方案不需要直接测量漂浮基的位置、移动速度和移动加速度。

空间机械臂关节运动的自适应模糊补偿控制

讨论了本体位置与姿态均不受控制情况下,漂浮基空间机械臂关节空间轨迹跟踪的控制问题。结合系统动量及动量矩守恒关系并利用拉格朗日方法,建立了漂浮基空间机械臂完全能控形式的系统动力学方程。以此为基础,针对空间机械臂末端爪手所持载荷参数未知的情况,设计了一种标称计算力矩控制器附加自适应模糊补偿控制器的复合控制方案;即通过自适应模糊补偿控制器来弥补系统未知参数对标称计算力矩控制器的影响,以确保存在未知系统参数情况下整个闭环控制系统的渐近稳定性。提到的控制方案能够有效地克服系统未知参数的影响,控制漂浮基空间机械臂的两个关节稳定地跟踪关节空间的期望轨迹;并具有不需要测量和反馈空间机械臂本体的位置、移动速度、移动加速度以及姿态角速度、姿态角加速度的显著优点,同时也不要求系统动力学方程关于系统惯性参数呈线性函数关系。通过系统数值仿真证实了方法的有效性。

电沉积Ni-Mo/ZrO_2合金镀层结构及其电化学性能

为提高Ni-Mo合金镀层的电化学性能,在Ni-Mo镀液中添加纳米ZrO2颗粒成功制备了Ni-Mo/ZrO2复合镀层,研究了Ni-Mo/ZrO2合金电镀层的结构及其化学活性,并与Ni-Mo、Ni/ZrO2的相关性能进行了对比.研究结果表明:Ni-Mo/ZrO2镀层结构为非晶+纳米晶并混杂有ZrO2纳米颗粒,添加ZrO2纳米颗粒对镀层表面的形貌有一定影响;在电流密度低于250 mA/cm2时,Ni-Mo/ZrO2复合镀层具有比Ni-Mo、Ni/ZrO2合金镀层更优异的析氢催化活性,其耐腐蚀性能优于其他两种镀层;高耐蚀性与Ni-Mo非晶纳米晶基体有关,Mo元素易被氧化形成氧化膜,提高了复合镀层表面的结构稳定性,而复合的ZrO2纳米颗粒本身为陶瓷颗粒也具有高的耐蚀性.

稀土(La、Ce)铁组基非晶态合金的电化学性能

含有稀土元素的合金材料具有很好的催化析氢活性,可用作析氢电极材料。分析对比了稀土La、Ce与铁组元素形成的非晶态合金的成分、组织结构及电化学性能。与晶态合金及不含有稀土的非晶态合金镀层相比发现,稀土作用的合金的组织更均匀、细致,且电化学活性较高。因此将稀土元素加入合金结构用以改变形成合金的晶体结构、提高合金的化学活性,是今后研究的重点。

飘浮基两杆柔性空间机械臂基于速度观测器的增广自适应控制

讨论了载体位置、姿态均不受控情况下,存在外部扰动漂浮基两杆柔性空间机械臂的基于速度观测器的增广自适应运动控制与振动最优控制问题。选择合适的联体坐标系,利用Lagrange方法并结合动量守恒原理建立了飘浮基两杆柔性空间机械臂系统的动力学方程。利用奇异摄动法,将两杆柔性空间机械臂系统分解为一个关于载体姿态、关节轨迹跟踪的慢变子系统与一个描述柔性杆振动的快变子系统。以此为基础,提出了一个包含慢变控制项与快变控制项的复合控制器。利用自适应滑模观测器得到慢变子系统的观测速度向量,基于这个观测速度向量设计得到系统的增广自适应慢变控制律来实现关节轨迹的跟踪。利用线性观测器得到快变子系统的观测速度向量,基于这个观测速度向量并运用线性系统的最优控制理论得到了系统的快变控制律来实现柔性杆振动最优控制。系统的数值仿真证实了方法的有效性。该控制方案不需直接测量关节角速度、关节角加速度与柔性振动模态坐标导数以及漂浮基的位置、移动速度、移动加速度。

《机械原理》课程内容的探讨

就《机械原理》课程的某些内容(如:拆杆组的方法、矢量方程图解法的解题步骤、运动分析解析法的版本和方法、连杆机构的反转法设计、极位夹角、凸轮机构设计公式、组合机构的分类、齿轮齿顶圆半径公式、机械的平衡等)的取舍和叙述进行探讨,提出一些新的看法。