仿生扑翼飞行器姿态稳定控制设计与实验

针对扑翼飞行器在飞行过程中姿态调整控制问题,提出了一种快速响应的自动姿态稳定控制方法。利用牛顿定律和动量矩定理建立扑翼飞行器数学模型,结合扑翼飞行器姿态变化工作原理,研究飞行过程中姿态调整控制方案策略。采用串级PID控制算法设计姿态调整内环和外环控制器,以扑翼飞行器欧拉角为输出,对扑翼飞行器姿态调整过程进行了仿真计算以及外场飞行实验。通过对扑翼飞行器姿态角的响应仿真分析及外场飞行实验数据分析,验证了扑翼飞行器数学模型的准确性及姿态控制器的有效性。结果表明:在阶跃信号输入下,姿态角能快速响应并快速趋于稳态,外场飞行中扑翼飞行器俯仰角保持15°,飞行加速度保持1 m/s^(2),可以较好地自动保持姿态稳定。

25 mm口径引信高过载条件下强度有限元分析

针对小口径引信的强度安全性问题,完成了高过载条件下引信零部件的强度有限元分析。完成了某型25 mm小口径引信的三维建模、工作原理及其受力情况分析;为实现引信关键零部件的强度有限元分析,确定了引信零部件的材料属性并对模型进行简化。利用Hyper Mesh进行网格划分、连接关系设置和高过载工作环境(后座过载70000 g和转速过载30000 r/min)搭建。通过有限元计算获得了引信零部件在高过载条件下的应力分布情况、变形情况,仿真分析发现压板和底座所承受的应力最大,分别为87.69 MPa和292.51 MPa。在转速载荷加载时,隔爆机构解除保险,离心转子在离心力的作用下转动44.395°,使传火孔与击针对正,保证了引信的正常工作,引信零部件的强度满足发射安全性要求。

基于三维重建的静爆场破片检测方法

针对靶场静爆试验中破片统计分析工作效率低的问题,提出一种基于多视图三维重建的破片检测方法。引入点云分割中的自适应阈值,有效保留三维点云的细节信息,增强了算法对靶场不同场景应用的泛化能力。针对大数量点云处理效率不佳的问题,采用点云法向量预先验证的方法,再结合颜色的区域生长分割算法,有效降低了检测误差和漏检概率,提升了破片检测的精度。实验结果表明:文中提出的检测方法检测准确率达到95%,破片弹着点误差小于4%,可以有效地分割出破片的着靶参数,为后续破片的统计分析工作提供了实验依据。

YOLOX-S声光信息融合目标识别算法

针对现代战场单一探测手段的局限性和单模态目标识别存在信息不全面、易受噪声干扰等缺点,提出一种融合声光两种模态的目标识别方法。该方法利用深度卷积残差网络对声纹信息的对数梅尔频谱系数特征进行提取,使用YOLOX-S网络对目标进行光学特征提取,并计算目标的像空间位置与类别信息,然后在YOLOX-S模型预测部分的解耦头中引入用于处理声音特征的支路,将目标的光学特性与声学特性在YOLOX-S检测头分类支路上进行空间归一化,使视觉数据与声纹数据在同一可拼接域上进行映射与融合,对目标的声光融合特征进行识别推理。在自建数据集上进行验证,实验结果表明声纹信息和图像信息融合可以提供更全面的感知能力,使得目标的检测和识别更加准确和可靠。

基于PSD的火炮身管膛线精度测量数据补偿方法

针对火炮身管内部膛线测量技术及自动检测问题,提出一种精度测量数据补偿方法。搭建火炮内膛检测机器人测量系统。采用激光测距仪对火炮身管阴阳线内径进行测量,使用PSD激光位置传感器对火炮身管轴线与测量系统轴线的偏心距离进行测量,分析检测误差产生的原因,推导基于矢量三角法的测量数据精度补偿算法和误差补偿计算公式,通过补偿前后数据的对比分析,结果表明:该测量补偿方法是有效的,能够解决火炮内膛轴线与机器人旋转中心不重合产生误差的问题。

基于微平台的自主起降仿生鸟弹跳机构设计

针对仿生扑翼鸟下肢的弹跳起飞和缓冲降落功能,开展了对其下肢弹跳机构的研究。以鸟类下肢骨骼的尺寸比例为参考,对鸟类起飞的下肢运动特性进行分析;在弹跳下蹲阶段,为了避免翅膀与地面发生干涉,采用基于微平台起降方式的方法对下肢弹跳机构进行了设计;为了提高下肢的仿生性,设计了类平行四边形下肢腿部机构,结合空间D-H表达法,建立了下肢机构的运动学方程;利用拉格朗日方程,建立了下肢机构的动力学方程;利用Adams软件进行装配体弹跳仿真分析,对其下肢腿部机构进行求解。结果表明,装配体质心水平初速度达到了仿生鸟“苍鹰”起飞所需的临界速度条件,可以实现弹跳起飞。

基于数字孪生的热电池保温棉自动缠绕系统研究

为提高热电池保温棉缠绕工艺的效率与质量,基于数字孪生技术开发了一种保温棉自动缠绕系统。首先,利用NX MCD软件创建保温棉自动缠绕装置的数字孪生映射结构模型,并通过TIA Portal软件实现了模型与实际物理装置以及控制设备之间的信息交互和状态检测,以更准确地反映缠绕动作及状态。然后,建立保温棉自动缠绕过程的力学模型,以深入分析缠绕机理。接着,通过有限元动力学仿真研究了缠绕张力和电堆转速对保温棉缠绕效果的影响,并将仿真结果导入数字孪生系统,以优化数字孪生结构层和控制层程序。最后,通过联合调试成功实现了保温棉缠绕自动化并生产出包覆效果良好的热电池电堆。所采用的研究方法有效地提高了研发效率、加速了设计过程以及降低了试错成本,可为缠绕包装自动化装配研究提供参考。

基于改进BP神经网络的装配质量预测方法

装配是产品制造过程中耗费大量时间和精力的重要环节,影响着产品整个生命周期。针对产品装配效率低的问题,提出遗传算法优化BP神经网络的装配质量预测方法。以DC零件的质心后端、质量、长度这三个质量特性为基础,划分数据,确定BP神经网络结构,以均方误差作为遗传算法的适应度函数,寻找最优的初始权值和阈值,建立了遗传算法优化BP神经网络模型,并结合平均绝对误差MAE、均方误差MSE、均方根误差RMSE对预测结果进行了对比。实验结果表明:相比于传统的BP神经网络,经过遗传算法优化的BP神经网络在质量预测方面具有更好的精度和准确性。

共轴双旋翼无人机不同桨间距比时的气动分析

为了优化共轴双旋翼无人机在悬停时的气动性能,提高操纵性能和续航能力,进行共轴双旋翼无人机不同桨间距比时的气动分析。对共轴双旋翼无人机功率载荷和悬停效率进行理论建模与分析,通过仿真试验对不同桨间距比时的功率和升力进行分析,采用滑移网格法,模拟升力、扭矩变化情况,以及流场、压强分布情况。分析结果表明,在固定转速下,桨间距比为0.4时,共轴双旋翼无人机的气动性能最佳。

引信章动模拟装置结构设计及模态分析

为了模拟研究弹丸章动对引信的影响,运用陀螺运动学理论,设计出一种模拟装置,把弹丸角运动分解为弹丸的进动、章动和自转三个分运动。利用二圆运动理论把弹丸的三个分运动分别进行机械合成,保证引信章动模拟装置实现完整的空间运动。通过模态分析找出模拟装置可能发生共振破坏的固有频率、振型以及对振动影响较大的零件,以此为依据,进行试验验证,设计出合理的结构,以确保所有零部件乃至整个机构设计尺寸的合理性,从而减小振动对模拟装置的影响。

小型共轴无人机CFD气动仿真分析

以新款共轴飞行器为研究对象,通过三维数值模拟分析方式寻求最优间距比进而完善飞行器结构,提升飞行器性能。为研究悬停状态下共轴飞行器的桨叶间距对旋翼气动的影响,首先通过叶素-动量理论建立旋翼载荷模型,然后应用非结构运动嵌套网格技术及CFD方法展开新型共轴飞行器旋翼系统在悬停状态下的气动载荷分析;通过改变不同的间距比在Fluent中进行模拟计算,得到不同间距比下旋翼升力与扭矩,并利用CFD-Post后处理得出相应间距下旋翼附近速度流线图。数值分析结果表明:悬停状态下小间距比的旋翼系统气动性能优于大间距比的旋翼系统气动性能;同一转速时,不同间距比下的总扭矩及总载荷不同,间距变化对旋翼系统载荷影响较小。

材料属性对柔性仿生扑翼气动特性的影响

为探究不同材料属性柔性扑翼飞行器气动特性的变化,通过ANSYS中Fluent与Transient Structural的双向流固耦合方法,采用k-ω湍流模型,分别对三维柔性扑翼飞行器在不同材料属性下的气动特性进行数值模拟,得到了其瞬时升力、推力随翼面弹性模量的变化情况,并研究了一周期内扑翼展向流场压力分布与涡结构变化情况。研究结果表明,在一定范围内增加翼面弹性模量,对瞬时升力的提升效果并不明显,瞬时推力会随弹性模量的增加而降低。

基于MEMS机构装配的微夹持器研究

微夹持器作为末端执行装置,直接决定了微装配的效率。MEMS机构中包含许多微小的活动部件和功能元件,为实现这些微小器件的稳定夹取和自动装配,设计了一种采用压电陶瓷驱动、基于柔性铰链的二级放大微夹持器结构。对该微夹持器的节点应力、刚度及最大张合量等进行了分析计算,并对微夹持器进行了试制。实验与分析结果表明,该夹持器最大张合量是245μm,放大倍数约为12.3倍,满足MEMS机构的装配要求。在此基础上,重点对张合量与夹持力进行了系统测试,通过对测试数据的非线性回归,推导出99.99%可靠度的驱动电压计算公式,实现了微夹持的精确控制。

面向视觉测量的像素当量标定方法

像素当量是视觉测量系统中的重要参数,对最终测量精度有决定性的影响.设计了一种具有抗噪性且制作便捷的像素当量标定物.考虑标定面与测量面之间存在高度差问题,对高度差引起的误差进行了分析.引入亚像素技术,提出了一种基于形状匹配的像素当量标定方法.通过实验综合分析了物距、光照强度、标定物姿态单因素变化或耦合变化对像素当量标定结果的影响.结果表明,提出的基于形状匹配的像素当量标定方法具有良好的鲁棒性、实用性.

平板类微小零件装配控制策略与软件架构研究

针对不同尺寸的平板类微小零件装配问题,将视觉技术引入到微装配作业中,对微装配控制策略和软件架构进行分析研究。根据微小零件结构特点、尺寸与装配精度要求,提出'Look and move+Visual servo'相结合的微装配控制模式,采用由界面层、数据层和逻辑层组成的分层软件架构,建立基于视觉的真空吸附式微装配系统平台。围绕集成化、可复用性要求,进行软件框架类继承关系的分析,采用基于动态链接库和VC++的MFC应用程序框架编程方法,集成Halcon视觉算法库,应用数据驱动模式,最终实现微装配控制软件设计。基于控制方法对由5个不同平板类微小零件组成的微组件采用三种不同装配方式,分别进行8组装配试验,并对其关键精度指标进行测量与分析,其测量结果表明,三种装配方式中姿态调整自动装配方式装配效果最佳,微组件的同轴度和平行度误差基本满足装配精度要求,微装配的适用性有明显改善。此控制方法可以有效的用于其他微装配系统,且具有良好的鲁棒性、可复用性和人机交互性。

基于真空吸附的微器件受力分析研究

微装配的对象主要是微米级或亚毫米级尺寸的微器件,这些微器件的轻、小、薄、软的特征对微夹持器的夹持方式和夹持力的控制提出了非常严格的要求和限制。本文针对平板类微器件设计了一种真空吸附式微夹持系统,不仅可以吸附不同形状和尺寸的零件,而且可以实现零件位姿的调整和接触力的检测。在只考虑范德华力的情况下,本文重点建立了微器件的吸附力学模型,为实现稳定吸附与释放提供了计算依据。最后完成了精度要求为平行度误差不大于8μm的微组件装配实验,装配效果良好。

非球面复眼设计及其制备工艺研究

提出了一种制备非球面仿生复眼的方法。昆虫的复眼是由一个个尺寸微小的独立小眼沿曲面小眼阵列的方式分布在头部的两侧,以实现大视角探测。设计曲面基底上阵列非均匀微透镜结构,沿径向排列的各级微透镜的焦距及尺寸均不相同。根据几何光学成像原理,计算各级微透镜的尺寸参数,对构建的模型进行光线追迹,优化各级微透镜的尺寸参数。分析不同制备技术特点,研究材料性能及不同材料间的关系,提出了可简单、快速的制备非球面仿生复眼的方法。该方法中,利用精密五轴数控机床加工非球面复眼模具,然后通过压力灌注方法将非球面复眼结构转移出来,获得所需的非球面仿生复眼。通过仿真及实验结果表明,整个曲面仿生复眼边缘成像质量明显提高,各子眼通道均能够采集清晰亮斑。

仿生复眼结构设计及其成像系统研究新进展

仿生复眼成像系统以其小体积、大视角、高灵敏度等优点而受到广泛关注。国内外研究者一直致力于仿生复眼的理论分析和结构设计方面的研究。综述了复眼类型以及近年来国内外新型的仿生复眼成像系统的最新研究成果。分析各种类型的仿生复眼成像系统结构和技术特点,指出不同系统的优势及存在的不足,并阐述了仿生复眼成像系统的应用前景及未来的发展趋势。

温度对IMU微机械陀螺仪零偏影响及标定补偿

围绕对变温环境IMU中微机械三轴陀螺仪的零偏值误差进行补偿,由于零偏值程的非线性趋势,常规线性拟合方法无法精确进行补偿。首先通过实验和资料分析得到影响零偏值的各个因素,并推导出零偏的模型。为对零偏值进行精度补偿,提出线性拟合法和分段插值法。在温度-25～+40℃采用线性方法和分段拟合方法分别补偿,通过两种方法补偿结果对比得出,分段拟合方法的精度比线性拟合方法的精度在x、y、z轴分别提高0.1053°/s、0.2574°/s、0.2339°/s,从而选择分段插值方法进行补偿,补偿结果比较理想。

微小器件吸附式微夹持器的研究

在基于精密电控台与视觉识别为一体的基础上,针对微小器件吸附式微夹持器的特点和微小零件在装配中需要满足的高质量和高效率要求,进行了微小器件吸附式夹持器的研究以及在装配过程中的受力分析,比较不同材料吸附式微夹持器的可应用度,并根据运动过程中加速度、减速度对零件在吸附头上引起的零件窜动量,对吸附力进行可行性分析及对CCD视野识别的影响分析。通过理论分析得出合理的结构,通过实验验证所设计的吸附式微夹持器可以满足装配要求。