基于立体视觉的遥操作工程机器人自主作业系统

建立了基于立体视觉技术的遥操作工程机器人自主作业控制系统。采用立体视觉技术实现对目标物体的形状自动识别与空间定位,进行了遥操作工程机器人运动学方程求解、运动轨迹规划与控制的研究。针对液压伺服控制系统具有非线性、参数不确定的特点,设计了模糊控制器。最后,在遥操作工程机器人实验台上进行了自主作业控制实验。实验结果表明,所构建的基于立体视觉技术的工程机器人自主作业控制系统,能够完成初步的自主作业任务,且作业过程比较流畅。

基于图像叠合的工程机器人立体视觉系统

立体视觉系统为遥操作工程机器人增加了视觉反馈.在对三目摄像机获取的3幅图像进行图像叠合的基础上,对比分析、求解3幅图像的视差来获取物体的视差图与深度图,进而获取物体的真实坐标,以利于三维物体重新构建.实验结果表明,利用叠合后的图像进行处理、计算,能够准确地实现三维物体的定位.

在线重力补偿下工程机器人自主作业轨迹跟踪性能分析

工程机器人自主作业时,工程机器人动臂举升、前臂摆动重心上升过程中需要克服自身重力做功,而在工程机器人动臂下降、前臂摆动重心下降过程中,自身重力要参与做功,影响工程机器人的运动速度,进而影响工程机器人自主作业的轨迹跟踪效果。针对这一问题,建立了工程机器人动臂、前臂的动力学模型,探讨采用最小二乘拟合法辨识动力学参数,进行工程机器人动臂、前臂的在线重力补偿,以消除在自主作业过程中重力做功对轨迹跟踪的影响。最后,在工程机器人试验台上进行了试验。试验结果表明,在线重力补偿可有效地补偿工程机器人自主作业过程自身重力,消除工程机器人动臂和前臂在运动过程中重力做功对自主作业轨迹跟踪过程的影响,有利于减小轨迹跟踪误差,提高工程机器人自主作业轨迹跟踪的性能。

浅析“大学生创新创业训练计划”项目中的问题与解决方法

通过对"大学生创新创业训练计划"项目本身意义的深刻挖掘,对参与到其中的学生的定位分析,以及对指导教师态度的剖析,总结出在项目的整个过程中存在的问题。为了达到"大学生创新创业训练计划"项目的实施目的,文中提出将项目同毕业设计有机结合的改革措施与方法。

欧洲工程类高校实践育人教育改革及其对我国的启示

欧洲各国工程教育各自具有悠久的历史和传统,随着第四次工业革命的冲击,这种原有的个性化教育模式阻碍了欧洲工程教育一体化发展和深入发展。为解决这一问题,欧洲各国纷纷推进实践育人教育改革进程,从学科与专业设置、人才培养模式以及评估体系层面进行调整。欧洲工程类高校的实践育人教育改革经验对我国工程类高校的实践育人教育改革具有借鉴意义。

美国工程类高校实践育人的经验借鉴及启示

第四次工业革命对工程类高校实践育人改革提出了挑战,新行业标准对大学毕业生实践能力的要求愈加严苛,美国工程类高校在学科与专业建设、人才培养模式以及实践育人效果评估等方面采取了一系列措施,改革效果较为显著,可为我国新工科建设与实践育人改革提供经验借鉴。

地方本科院校机械类专业人才培养方案优化研究

针对地方高等院校的机械类专业,制定及优化教学培养体制。人才培养方案以培养高等院校机械类专业学生综合能力为核心思想,全方位考虑进行课程的设计,以达到地方办学定位的需求。从学校的类型、学校的层次、与培养出的人才将要服务面向这三个角度考虑进行培养体制的制定与优化。就制定地方本科院校机械类专业人才培养方案的理念、原则、程序和优化策略等问题进行论述,对我国地方本科院校机械类专业的教学改革和人才培养有所启发作用。

基于应变梯度理论的切削加工SiCp/Al表面创成机理分析

为了深入研究颗粒增强铝基复合材料的切削过程,对45%体积分数的SiCp/Al复合材料通过多相建模的方法建立了基于应变梯度的本构模型,并对软件ABAQUS进行了二次开发,用程序语言将所建本构模型以及描述断裂的B-W断裂准则编入用户子程序VUMAT,并导入ABAQUS进行仿真分析。结合切削实验和仿真分析结果,研究了在相同切削速度及不同切削深度下SiCp/Al复合材料加工表面温度、材料内部应力应变和位错的变化情况。研究结果表明,相较于传统Johnson-Cook模型,修正后的本构模型所得到的结果与实验结果更加吻合;切削深度增大会引发高温梯度;材料内部应力会在颗粒附近形成应力集中;在加工表面应变较大的区域出现大量位错,导致加工颗粒增强金属基复合材料的难度上升。

切削镍基高温合金Ni、Fe、Cr原子在WC-Co硬质合金刀具中的扩散机制及对刀具性能的影响

在切削镍基高温合金过程中,采用第一性原理计算研究了Ni、Fe、Cr原子扩散进入WC-Co硬质合金刀具后对刀具所产生的影响,分析了刀具结合能、晶格畸变、电子性质、扩散过渡态、扩散系数、力学性质的变化。研究结果表明,原子在不同间隙位置的结合能都为负值,八面体间隙所引发的晶格畸变更低。Ni、Fe、Cr原子增强了硬质合金WC-Co的金属性,但不利于原子之间的成键,使其机械稳定性降低;三种原子扩散势垒分别为0.82、0.79、1.17 eV,扩散系数的大小关系为D Fe>D Ni>D Cr。实验结果与理论计算相吻合,且实验现象表明元素扩散导致刀具切削性能下降,易诱发刀具的磨粒磨损。

SiCp/Al复合材料纳米压痕/划痕下的脆塑性行为研究

为探究SiCp/Al复合材料中两相材料相互作用引起的力学性能差异,研究微观尺度下法向载荷变化对SiCp/Al复合材料形变和去除的影响。采用纳米压痕实验,基于Oliver-Pharr法测得其硬度和弹性模量,并对其压痕表面进行观察,结合有限元仿真分析产生力学性能差异的原因;同时,根据纳米压痕实验所得力学参数进行变载荷纳米划痕仿真,并配合实验后划痕表面观察结果分析材料的形变和脆塑性行为。结果表明:当金刚石压头作用于SiC颗粒时,颗粒出现破碎和二次压入现象,所测硬度与弹性模量小于单晶SiC的理论值;当金刚石压头作用于基体相时,由于SiC颗粒阻碍基体压入,复合材料的硬度与弹性模量测量结果偏大。在纳米划痕过程中,复合材料的去除形式随载荷变化体现为划擦、耕犁和切削阶段,其中的基体相通过塑性流动产生塑性脊堆积并伴随有涂覆现象,SiC颗粒则以脱黏、断裂破碎和拔出等脆性机制而去除,且SiC颗粒的二次压入、断裂、破碎和拔出是导致复合材料力学性能与单晶SiC的力学性能产生巨大差异的主要原因。随着划痕载荷增加,SiC体积分数为45%的SiCp/Al复合材料的去除机制更多取决于以塑性去除为主的基体相,而SiC颗粒则主要表现为脆性去除。

钴铬钼合金超声振动辅助抛光力与表面质量的探究

针对钴铬钼合金的难加工性,采用超声振动辅助抛光的加工方法改善其加工效果。根据超声振动装置的运动特性,分析了单磨粒运动速度、单磨粒与工件接触轨迹坐标和单磨粒受力,建立了抛光系统的抛光力预测模型,讨论了主轴转速、进给速度和抛光深度对钴铬钼合金表面质量的影响并用实验验证了预测模型的合理性。结果表明:抛光力预测模型和实验的变化趋势一致,抛光力随着主轴转速和抛光深度的增大而增大,随着进给速度的增大而减小。本研究将为超声振动辅助抛光工艺提供理论基础。

超声振动辅助车削SiCp/Al切屑形成机理及表面粗糙度研究

目的研究切屑形成机理对加工过程的影响。方法超声振动辅助车削技术通过刀具振动的拟间歇切削特征控制切屑尺寸和切屑形态,从而提高了加工表面质量。针对SiCp/Al复合材料的切屑形成机理,探究常规车削和超声振动辅助车削的切屑形成过程。研究了颗粒分布对第一变形区变形阶段的影响,以及不同加工方式下切削参数对切屑形态的影响。最后,描述了切屑自由表面和刀-屑接触界面的颗粒损伤形式,以直观地描述常规车削与超声振动辅助车削SiCp/Al复合材料加工中切屑的形成过程。结果通过测试加工后工件表面形貌发现超声振动辅助车削的切屑更加连续、切屑尺寸较小的加工表面粗糙度更小,常规车削的表面粗糙度为0.805μm,超声振动辅助车削的表面粗糙度为0.404μm,超声振动辅助车削比常规车削的表面粗糙度降低了49.8%。结论与常规车削相比,超声振动辅助车削有利于减小切屑厚度。超声振动辅助车削得到的切屑更加连续,避免了切屑碎裂,促进了切屑的顺利排出。通过对切屑形态进行研究,选择最优切削参数可以有效提高工件表面质量。

高温条件下基于虚场法的钛合金弹塑性参数识别与提取

目的准确表述TC4钛合金的力学性能,对TC4钛合金进行了单轴热拉伸实验,使用虚场法识别和提取不同高温条件下TC4钛合金的弹塑性参数。方法在不同试验温度(650、700、750℃)下,选用TC4钛合金(Ti-6Al-4V合金),按轧制方向以应变速率为0.1 s^(-1)进行热拉伸试验。采用立体数字图像相关系统(DIC)测量试样的真实应变,得到真实应力-应变曲线,并捕捉热拉伸过程中的随机点,计算出试样的真实应变场。通过虚场法(VFM)在试件的弹性阶段设置不同虚拟位移场,建立虚场方程组以识别不同试验组中的弹性模量和泊松比,利用JC本构模型建立适合试件塑性变形阶段的虚场方程,使用K-Means聚类算法提取模型中的塑性参数。结果在考虑计算误差的情况下,使用VFM识别出的弹性模量、泊松比与参考数值的加权相对误差分别在4.8%、6.4%以下;提取出的塑性参数可以用于建立JC本构模型,弹塑性参数的识别和提取均符合预期。结论使用VFM可以有效识别出TC4在不同高温条件下的弹性参数,K-Means聚类算法在提取塑性参数方面的效果较为显著。

超声振动辅助切削SiCp/Al复合材料的加工机理及试验

切削加工过程中材料损伤形式对加工表面质量会产生较大影响,现有仿真分析难以模拟真实颗粒失效行为,通过建立二维微观多相有限元模型能够深入了解材料损伤与表面质量的关系。基于常规切削(Conventional cutting,CC)与超声振动辅助切削(Ultrasonic vibration-assisted cutting,UVAC)两种加工方式,通过有限元仿真软件Abaqus对20%SiCp/Al复合材料的切削过程进行仿真模拟,阐释加工过程中刀具与工件的相互作用机理,并在同一参数下验证有限元仿真的准确性。通过设计单因素试验,对比两种加工方式及不同加工参数对切削力和表面粗糙度的影响规律,得出最佳加工参数组合,并对最佳加工参数下表面形貌进行分析。模拟和试验结果表明,SiC颗粒断裂、颗粒耕犁、颗粒拔出以及Al基体撕裂是影响SiCp/Al复合材料加工质量的主要原因,刀具与颗粒不同的相对作用位置会产生不同的损伤形式。与常规切削相比,施加超声振动后可以有效抑制颗粒失效和基体损伤,使加工中的平均切削力(主切削力)降低33%,工件已加工表面粗糙度值最大减小量为531 nm,显著提高了表面质量。所建立的二维微观多相有限元模型,能够有效模拟铝基复合材料的加工缺陷和裂纹损伤问题,对提高难加工材料的高质量表面制备有重要借鉴意义。

汽车白车身点焊作业多机器人路径规划研究

针对白车身焊装生产线多机器人焊接工作量大、焊接工作复杂的问题,提出了一种自适应精英蚁群算法的多机器人焊接路径规划方法。在蚁群算法的基础上,对算法核心参数进行调整,再将自适应更新策略和精英蚂蚁系统加入到蚁群算法中,增强算法全局搜索能力,提高算法收敛速度,并通过TSP模型检验了算法的性能;最后,以白车身焊装生产线某车型主拼工位的焊接作业为例,对方法的有效性进行了验证。结果表明,改进后的蚁群算法具有较好的搜索效率和搜索能力,多机器人焊接路径间不相交,符合焊接的工艺要求,为多机器人焊接路径规划问题提供了一种新的方法。

基于改进A^(*)算法的车间物料配送路径规划

针对传统避障搜索算法在车间物料配送中仅能解决单点配送且未充分考虑多点配送及往返取货需求的问题,提出一种结合遗传算法优化的A^(*)算法.该方法利用A^(*)算法的成本计算方式完成有障碍物条件下各配送点之间的成本计算,并融合遗传算法的迭代寻优特性,实现了对多点配送及往返取货需求的高效稳定全局搜索.通过某车间物料配送的实际算例验证,该改进算法能有效规划障碍环境下的配送路径,显著提升配送效率.

融合CAM和ASPP的车道线检测算法研究

UFLD(ultra fast structure aware deep lane detection)是一种轻量化车道线检测模型,为提升模型的检测精度,对模型进行改进。引入CAM(channel attention mechanism)使模型能更关注携带重要车道线信息的特征通道和像素;为了感知车道线的细节信息,引入ASPP(atrous spatial pyramid pooling)扩大卷积过程的感受野,提高模型分割精度;搭建引入CAM和ASPP后的改进模型,并在改进的模型上进行实验。实验结果表明:在TuSimple数据集上以ResNet18为主干网络的模型检测精度由95.81%提升至95.98%,以ResNet34为主干网络的模型检测精度由95.84%提升至96.12%;在CULane数据集上,无论是以ResNet18还是以ResNet34为主干网络模型,其平均精度均有不同程度的提高。

增设类水滴翅片式液冷板结构优化设计

为了改善电池模组的热均衡性能,基于钝体绕流理论,将类水滴形分流翅片应用于锂离子电池组的液冷板流道中,结果表明:带有类水滴形分流翅片的液冷板结构能够有效降低电池模组的最高温度和最大温差,但同时增加了流动阻力。利用Taguchi法和数值模拟法,研究了类水滴形分流翅片头部半径、头部角度、尾部长度和翅片间距4个结构参数对电池模组最高温度、最大温差和流动阻力等评价指标影响程度的主次顺序。当结构参数组合为第9组α3r3b2h1时,锂电池模组最高温度T_(max)最小为35.83℃,最大平均温差最小为1.78℃,热均衡性能提升了25.27%,效果最优。该研究结果可为纯电动车用锂电池热管理系统优化设计提供参考。

基于黑体辐射提高自由定标激光诱导击穿光谱(CF-LIBS)定量精度的方法

自由定标激光诱导击穿光谱(Calibration-Free LIBS,CF-LIBS)技术是定量分析行业发展的主要趋势之一。该技术可直接基于局部热力学平衡等离子体模型,通过LIBS光谱数据和谱线参数计算出等离子体参数和各元素含量。且无需使用标准样品建立定标曲线,该技术不受基体效应的影响,非常适合实时、在线和多元素同时分析。但由光学厚而引起的自吸收效应是影响定量分析的重要因素。通过对比实验光谱数据与黑体辐射强度,研究等离子体温度,提高光学系统收集效率,抑制自吸收效应对CF-LIBS定量结果的影响。经过黑体辐射校正后,基体元素Fe的测定含量从88.700%提升到94.575%,相对误差(RE)从8.072%降低到1.984%。微量元素Cr、Mo和V的测定含量分别从0.635%、0.096%和0.023%降低至0.698%、0.143%和0.022%,相对误差(RE)从13.723%、45.455%和21.053%降低至5.163%、18.75%和15.789%。整体的平均绝对误差(MAE)从1.994%降低至0.497%。玻尔兹曼图拟合回归曲线有了更高的线性度。拟合系数R 2分别从0.95531、0.82966、0.45217和0.54493提升至0.99620、0.99231、0.99882和0.97269。结果表明,相较于传统的CF-LIBS,经过黑体辐射参考校正自吸收(BRR-SAC)后,合金样品中的各元素定量准确度均有明显提高,为抑制自吸收效应提高CF-LIBS定量精度研究提供了理论指导。

XK2425/5L五轴龙门铣床主体结构有限元分析

为提高五轴龙门铣床的整机结构性能指标,提出了机床关键零部件与整机并行优化设计的思想。运用CAE工程分析软件,建立了五轴龙门铣床关键零部件及整机的有限元模型,并对其主体结构进行了重力、切削力载荷下的静刚度分析以及关键零部件和整机的动态刚度仿真分析,找出了结构中的薄弱环节,并在此基础上对机床中关键零部件的结构参数提出了改进方案。分析结果表明,改进后的结构方案在整机自重降低632Kg的情况下,静刚度由50.2N/μm提高到68.4N/μm,一阶固有频率由30Hz提高到42Hz,整机性能指标得到显著提高。