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纳米粉体连续高压分散装置的特性研究
袁方洋, 崔政伟
当前状态:  doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190270
摘要(2507) HTML(51) PDF 1230KB(27)
摘要:
搭建了一种超微颗粒连续分散装置,实验发现纳米颗粒经连续喷射分散可被分散至初级粒径范围。为探讨该装置的机理及高压分散特性,数值模拟了纳米粉体的二级喷射分散过程。结果表明,数值与实验结果的压力动态曲线相符,颗粒数密度沿流动方向降低,实验数据较模拟结果更低。颗粒高压分散的喷嘴不宜过长,以避免颗粒在喷嘴内流动过程中再次团聚,喷嘴长径比在2.5左右可在射流出口产生最大的剪切率,获得最佳的颗粒分散效果。
改进的交互式卡尔曼滤波对雷达数据处理技术研究
刘全周, 贾鹏飞, 李占旗, 王启配, 王述勇
当前状态:  doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200111
摘要(244) HTML(62) PDF 5156KB(24)
摘要:
为了减少车载毫米波雷达数据中的噪声影响,本文采用了改进的交互式卡尔曼滤波算法对采集数据进行了处理,得到了目标运动状态的最优值。依据目标车辆的运行轨迹构建了运动状态方程,确定了不同状态下的状态矩阵和观测矩阵,同时设计了交互式多模型滤波器,借助于dSPACE场景仿真软件建立了虚拟交通场景,利用硬件在环技术实现了运动目标的数据采集,分析计算了雷达数据噪声,在滤波过程中,利用遗传算法对过程噪声和量测噪声进行在线优化,得到噪声的最优组合。通过激光雷达对目标的探测结果对算法的滤波性能进行了验证,滤波算法求得的数据平均误差小于0.1 m,对数据的噪声起到一定的抑制作用,提高了对目标车辆的定位与追踪能力。
缝纫机器人工作空间分析
王晓华, 王育合, 王文杰, 王进, 陶庆
当前状态:  doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190260
摘要(165) HTML(77) PDF 1176KB(21)
摘要:
为确定符合缝纫机结构条件的缝纫机器人工作空间,提高机器人缝纫作业前的规划效率,应用旋量法建立运动学模型,并使用Adams软件验证了所建运动学模型的正确性。采用蒙特卡洛法结合控制变量法分析具有区域限制性的工作空间,确定出机器人各关节在实际工作环境中最佳的转角范围。利用MATLAB仿真得到机器人自由与受限情况下的工作空间云图,对比结果表明所确定的关节转角范围满足机器人实际的工作空间要求。
4-URPU多模式移动并联机构运动学与多目标优化
张春燕, 谢明娟, 卢晨晖
当前状态:  doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190255
摘要(163) HTML(58) PDF 1944KB(12)
摘要:
为适应多重地形特征环境,本文提出一种集四足步行、蠕动和“全姿态”滚动等运动模式为一体的4-URPU多模式移动并联机构。利用螺旋理论分析了机构在各模式下的运动可行性,求解各模式下机构的位置解及速度雅可比矩阵,并建立多目标优化模型,得到一组相对最优解的集合。结果表明,行走过程中的速度性能指标的最大值低于机构在滚动过程中的速度性能指标,不同的工作环境有不同的最优解决方案。最后对机构进行样机试验,验证了该机构的理论正确性以及运动可行性。所提出的机构可应用于核电事故、野外、自然灾害等具有多重地形特征的地理环境中,有一定的应用前景。
改进狼群算法的SCARA机械臂自适应迭代学习控制
张长胜, 马泽楠, 李宽, 陈标发, 李伟, 杨俊
当前状态:  doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190227
摘要(249) HTML(106) PDF 1508KB(6)
摘要:
针对减小机器人重复运动的位置、速度跟踪误差的问题,给出一种基于狼群算法优化的机械臂自适应迭代学习控制策略。根据SCARA(Selective compliance assembly robot arm)机械臂驱动方程,设计动力学系统的迭代学习控制律。引入自适应步长的狼群算法,使狼群能够根据猎物气味浓度动态调整移动步长,提高了算法的收敛速度和精度。该策略对机械臂控制器参数KPKD进行寻优时,得到了良好的控制效果,实现了对期望轨迹的有效跟踪。实验结果表明,该算法灵活性好,对系统期望轨迹具有较高的跟踪精度,有效降低了双关节机械臂的位置、速度跟踪误差,具有较强的可行性与有效性。
转子调磁式磁力齿轮设计与分析
李开元, 朱姿娜, 吴鹏, 吴迪
当前状态:  doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190254
摘要(287) HTML(43) PDF 1496KB(16)
摘要:
针对传统磁力齿轮高速运转时转子永磁体会破坏的缺点,提出没有永磁体的转子调磁式磁力齿轮。根据磁场调制原理建立了输入输出转矩与气隙磁场间的关系,使用二维有限元法分析其转矩传递能力;使用参数化扫描对不同的转子尺寸参数组合进行优化分析,得到输出转矩与转子尺寸间的关系,并探究各转子尺寸参数对输出转矩影响的原因。仿真结果表明:输出转矩与转子的尺寸参数有直接关系,存在最优尺寸使输出转矩达到最大值;优化后输出转矩增加了81.2%,低速转子尺寸对输出转矩影响最大。最后对气隙中磁密进行谐波分析,结果表明优化前后主要谐波的变化与转矩变化一致,验证了转子调磁式磁力齿轮设计分析的有效性。
机械动力学
负压脉冲振荡工具工作特性研究
田家林, 葛桐旭, 胡志超, 杨毅
2022, 41(5): 657-665.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200404
摘要(1) HTML(0) PDF 4461KB(0)
摘要:
常规的油气田开发已不能满足人们需求, 油气开发向更复杂的地层方向发展。在水平井、大位移井等复杂结构井的油气勘探开发中, 井眼轨迹难以控制、机械钻速低、钻柱托压等问题会给钻井过程带来很大的挑战。为解决上述问题, 本文设计了一种负压脉冲水力振荡工具用于减小水平井、大位移井的摩擦阻力, 详细分析了负压脉冲振荡工具结构原理。利用运动学分析结果对负压脉冲水力振荡器的水力学特性进行分析, 结合相关算例参数, 得出当输入工具的流体流量一定, 阀轴系统径向喷嘴直径越大, 工具的压降和产生的水击压强越大, 产生的轴向力冲击力也越大。并通过有限元流体仿真分析结果验证理论计算的准确性, 为负压脉冲水力振荡器工具今后的现场应用选型和钻井提速提供理论依据。
参数优化VMD与OMPE结合的滚动轴承故障诊断研究
杨云, 张昊宇, 薛元贺, 丁磊
2022, 41(5): 666-672.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200388
摘要(0) HTML(0) PDF 1380KB(0)
摘要:
针对难以判别的轴承运行振动信号中的状态特征, 提出参数优化变分模态分解(VMD)和最优多尺度排列熵(OMPE)结合的特征向量构建的方法, 采用支持向量机(SVM)进行故障诊断。VMD的分解结果由分解个数和惩罚因子限制, 采用量子粒子群算法(QPSO)优化达到分解的最优效果。考虑轴承运行的周期性质, 提出基于轴承故障运行周期特性的最优多尺度排列熵概念, 运用模态分量与最优尺度排列熵结合构建特征向量。通过不同方法采用支持向量机识别对比分析, 表明上述提出的方法能有效提取特征, 提高轴承的故障诊断的精度。
鸵鸟足型沙地履带板设计及牵引性能研究
干霖杰, 黄青青, 陈劭
2022, 41(5): 673-680.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200509
摘要(0) HTML(0) PDF 3234KB(0)
摘要:
为了提高作业机械在松软沙地上的牵引性能, 基于鸵鸟足的越沙机理, 设计了一款沙地履带板。以该款履带板的结构参数为研究对象, 基于土力学理论建立了履带板-沙地牵引力数学模型, 结合正交实验方法进行了不同形式履带板在沙地上运动的有限元分析, 并通过实车实验验证了该款履带板的可行性。研究结果表明: 履带板宽度及履刺高度对牵引性能的影响最大; 每增加一块基准履带板, 其牵引力增幅大约是单块受力的30%。
复合材料齿轮的接触和弯曲应力分析
刘峰峰, 王旭鹏, 刘舒伟, 张卫亮, 唐欣尧, 薛藤元
2022, 41(5): 681-687.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220035
摘要(1) HTML(0) PDF 4499KB(0)
摘要:
为了研究复合材料齿轮啮合过程的力学特性, 提出了一种三维五向编织复合材料齿轮参数化设计方法, 在考虑编织角、纤维束截面形状的基础上, 采用有限元方法分析了复合材料单胞在细观尺度下的力学特性, 并与试验测试结果进行了对比验证; 在此基础上, 基于均质化思想建立了复合材料与齿轮力学性能间的联系, 进而构建了复合材料齿轮啮合有限元模型, 并进行啮合过程仿真分析, 获得了齿面接触应力、齿根弯曲应力、接触与弯曲疲劳危险点, 以及加载条件与接触应力、弯曲应力的匹配关系, 分析结果符合赫兹接触规律, 为碳纤维三维编织复合材料及齿轮性能分析提供了理论支撑。
一维改进LeNet-5及机械故障诊断应用
吴定海, 曹进华, 张云强, 唐香珺
2022, 41(5): 688-694.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200425
摘要(0) HTML(0) PDF 3262KB(0)
摘要:
针对往复机械设备故障诊断容易受到转速波动影响和深度网络诊断模型复杂、鲁棒性差的问题, 提出了一种一维改进型LeNet-5的机械故障诊断方法, 并对比分析了滑动窗和阶次采样的数据样本构造方法的效果。在经典模型LeNet-5基础上构建了结构简单紧凑的一维卷积神经网络诊断模型, 模型仅包含了两个卷积模块、单一全连接层和输出层, 卷积模块结合批规范化层和Relu层, 提高训练速度和网络泛化能力, 利用重叠池化窗口和随机失活来缓解网络出现过拟合现象。利用凯斯西储大学开源轴承数据集进行验证, 12种工况下的故障识别率能够达到99.82%。针对往复机械的转速波动性影响, 采用阶次采样的数据样本构建方法, 提高网络模型的训练样本数据质量, 柴油机阶次采样条件下可以实现小样本条件下取得良好的训练效果。
模拟动断裂问题的多尺度扩展有限元方法
张凝, 尹硕辉, 赵子衡
2022, 41(5): 695-702.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200429
摘要(0) HTML(0) PDF 3894KB(0)
摘要:
提出一种分析弹性固体动态断裂的多尺度扩展有限元方法。该方法采用局部网格细化对网格模型中裂纹部分进行处理, 并利用可变结点单元连接不同尺度网格单元, 在提高数值计算精度的基础上, 节省了计算成本; 利用隐式Newmark时间积分和相互作用积分求动应力强度因子。通过算例数值计算结果与已有文献结果进行对比, 验证方法优劣性。结果表明: 多尺度扩展有限元方法是模拟弹性结构动断裂的一种有效数值方法, 相较于标准扩展有限元方法具有更高的精度。
磁流变阻尼器悬架系统非线性振动行为分析
韩刚, 刘瑞, 吕鹤
2022, 41(5): 703-710.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200412
摘要(0) HTML(0) PDF 5342KB(0)
摘要:
建立了简化的整车系统振动模型, 研究汽车车身垂直振动非线性响应行为。利用SolidWorks与SimMechanics联合仿真方法, 分析悬架系统的几何非线性和非线性磁流变阻尼力对其振动行为的影响, 讨论其垂直振动位移响应的二次及以上谐波成分随系统参数变化的规律。结果表明: 系统响应出现二次及以上的谐波成分, 甚至在特定的外激励频率和幅值下, 会产生二次和三次超谐波共振, 表现出明显的非线性振动行为, 导致车辆乘坐舒适性不佳。该工作对带有磁流变阻尼器的悬架系统优化设计, 具有一定的理论参考意义。
一种无源髋关节助力外骨骼设计与人机工程研究
王艺澜, 涂细凯, 徐一鸣, 秦榕
2022, 41(5): 711-720.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200378
摘要(0) HTML(0) PDF 3824KB(0)
摘要:
本文设计了一种无源髋关节四自由度助力外骨骼, 既帮助搬运人员减少髋关节受力, 又增加髋关节外展/内收的活动范围。首先对搬运姿势进行生物力学分析, 然后提出外骨骼方案, 选择省力材料。再通过ADAMS动力学仿真分析髋关节所受力矩的变化, 验证3种材料的省力程度; 接着静力学分析3种弹性杆材料的强度; 再研究较小工况下装置省力程度; 最后运用CATIA人机工学模块分析髋关节二、四自由度搬运姿势时人体的舒适度。仿真结果表明了本文设计的外骨骼装置有突出的省力效果, 所选材料的省力范围为搬运5~25 kg重物时省力约63%, 同时又有较高的舒适度, 为后续外骨骼研究提供有效方案。
针对多源不确定性变量的非概率可靠性灵敏度分析
乔心州, 杨果, 方秀荣, 刘鹏
2022, 41(5): 721-728.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200398
摘要(0) HTML(0) PDF 1874KB(0)
摘要:
采用多椭球模型描述结构多源不确定性, 提出了一种非概率可靠性灵敏度分析方法。首先, 将非概率可靠性指标作为多椭球模型非概率可靠性的度量标准, 分别给出线性和非线性极限状态函数的非概率可靠性指标求解方法。其次, 将非概率可靠性灵敏度定义为非概率可靠性指标对不确定变量均值、区间半径及相关系数的偏导数, 提出一种非概率可靠性灵敏度分析的近似解析方法。再次, 讨论了多椭球模型可靠性灵敏度分析方法较之于区间模型和椭球模型可靠性灵敏度分析方法的一般性和广泛适用性。最后通过3个算例验证本文所提方法的可行性和优越性。
ICEEMD和HD的单向阀早期故障信号降噪方法
钱恩丽, 黄国勇, 何冬, 李锶宇
2022, 41(5): 729-736.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200314
摘要(0) HTML(0) PDF 3950KB(0)
摘要:
针对往复式高压隔膜泵单向阀早期故障振动信号含有大量背景噪声致使特征信息被噪声淹没的问题, 提出改进的完备集合经验模态分解(Improved complete ensemble empirical mode decomposition, ICEEMD)和豪斯多夫距离(Hausdorff distance, HD)的单向阀早期故障信号降噪方法。首先, 使用ICEEMD将采集信号分解为多个本征模态函数(Intrinsic mode function, IMF); 然后, 计算每个IMF分量与原始信号的概率密度函数的豪斯多夫距离, 利用HD将含噪IMF分量从ICEEMD分解得到的IMF分量中分离; 再次, 以峭度为指标, 选取峭度值较大的部分IMF分量重构; 最后, 对重构信号进行希尔伯特包络解调, 进行对比试验分析降噪效果。仿真结果表明, 该方法可有效提取强噪声下信号特征频率。实测数据试验结果表明, 该方法能够有效提取噪声淹没的单向阀运行基频及其倍频, 具有较好的降噪效果。
轮盘外缘含裂纹的叶盘结构振动特性研究
郭帅平, 范星明, 王平, 李学军, 李鸿光
2022, 41(5): 737-746.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200357
摘要(0) HTML(0) PDF 7242KB(0)
摘要:
针对叶盘结构因轮盘外缘出现径向开口裂纹而导致的振动特性变化, 基于有限元方法研究了叶盘的固有特性与响应特性, 得到轮盘裂纹位置、长度对叶盘振动特性的影响规律, 并对固有特性进行实验验证。研究表明: 在固有特性方面, 轮盘外缘裂纹位置越靠近叶根, 裂纹长度越长, 对比完好叶盘, 叶盘固有频率下降越大, 模态局部化参数越大; 在频率转向区, 叶盘模态局部化参数增大更加明显。在受迫振动响应方面, 在频率转向区, 轮盘裂纹使叶盘的共振频率分离, 共振频率区变宽; 裂纹位置越靠近叶根, 裂纹长度越长, 叶盘振动响应局部化参数越大。
杂交变异果蝇优化算法在冗余度机械手逆运动的应用研究
刘浩, 姜长青
2022, 41(5): 747-754.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200356
摘要(0) HTML(0) PDF 2470KB(0)
摘要:
逆运动学问题是冗余度机器人运动控制、轨迹规划和动力学分析的基础, 也是机器人学中最重要的问题之一。针对末端执行器位姿的最小误差为优化目标, 建立了适应度函数, 将冗余度机械手的逆运动学问题转化为一个等价的优化问题, 在种群智能优化算法基础上应用了杂交变异果蝇优化算法(HMFOA)进行冗余度机械手逆运动学问题的求解。采用嗅觉搜索杂交突变机制和视觉搜索的动态实时更新机制, 能有效地解决果蝇优化算法(FOA)的收敛问题, 并提高算法的收敛速度。为进一步验证HMFOA的有效性, 在七自由度机械手上对HMFOA进行了测试, 对其结果与FOA、LGMS-FOA和AE-LGMS-FOA等算法进行了比较, 实验结果表明HMFOA能有效地解决冗余机械手的逆运动学问题。
精密制造与加工
面向不均衡样本空间的工件表面缺陷检测方法
刘佳, 刘孝保, 阴艳超, 孙海彬
2022, 41(5): 755-763.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200405
摘要(0) HTML(0) PDF 3247KB(0)
摘要:
针对工件表面缺陷检测中样本的非均匀状态导致检测模型难以构建问题, 提出了一种面向不均衡样本空间的工件表面缺陷检测方法。构建了包含样本空间均衡化采样模型(SSE Model)与缺陷检测模型(A-C Model)的串行整体结构(SSE-D Model)。SSE Model首先通过双路并行结构分别完成原始样本的特征提取与样本区域修复, 随后对所提取特征利用单样本扩充实现特征的扩充, 最后利用泊松融合实现特征与已修复样本的融合, 生成新样本并完成样本空间的均衡化; A-C Model以空间均衡的新样本作为检测模型输入, 利用深度残差思想构建检测模型, 并融合注意力机制提升模型对缺陷特征的学习能力。该模型重点解决了工件表面缺陷检测中原始样本空间不均衡问题, 并提升了检测模型对特征的学习能力与鲁棒性; 最后利用5类工件图像样本完成实验对比, 验证了本文方法的有效性与可行性, 为不均衡样本空间的表面缺陷检测提供了一种新的思路。
3D打印技术在生物医药方面的应用研究进展
盛苏, 陈含笑
2022, 41(5): 764-770.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200355
摘要(0) HTML(0) PDF 2786KB(0)
摘要:
3D打印技术的迅速发展, 使其在生物医药领域具有广泛应用。由于基于生物医药的3D打印技术在个性化定制及复杂结构调控制造上具有独特优势, 通过对生物材料或活细胞进行3D打印, 可构建复杂生物三维结构如个性化植入体、可再生人工骨、人工器官和人造血管等。导致3D生物医药打印的最大进步之一是生物材料、细胞和用于制造功能性活组织的支持组件的开发。本文主要从骨科治疗、皮肤组织、人造血管和个性化药物研发等方面描述3D打印技术在生物医药领域的应用研究现状, 并对其未来发展提出了展望。
求解多目标双资源柔性车间调度问题的改进NSGA-Ⅱ算法
张守京, 杜昊天, 侯天天
2022, 41(5): 771-778.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200375
摘要(0) HTML(0) PDF 2115KB(0)
摘要:
针对操作工人之间存在效率差异的多目标双资源柔性车间调度的问题, 构建了以生产时间最小化、生产成本最小化和绿色制造评价系数最小化为目标的柔性车间调度优化模型, 并设计了一种改进的NSGA-Ⅱ算法对其求解。首先, 采用量子编码对工序进行编码, 随后利用小生境技术初始化种群、重复个体控制策略和熵权法选择策略来提升算法效率, 避免算法早熟收敛, 并选出最优解。最后通过算例和改进前的NSGA-Ⅱ进行对比测试, 验证了改进后的NSGA-Ⅱ可以很好的解决上述的柔性车间调度问题。
运载工程
手性蜂窝结构的非气胎车轮有限元分析
张伟杰, 汪久根, 洪玉芳
2022, 41(5): 779-785.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200424
摘要(0) HTML(0) PDF 3114KB(0)
摘要:
非气胎车轮相较于充气式车轮, 具有安全性高, 无需充气, 低维护成本, 滚动阻力低等优点, 因此在特殊场景具有广阔前景。本文研究非气胎车轮, 使用蜂窝结构作为辐板以代替充气轮胎。设计了手性蜂窝结构作为非气胎车轮的辐板, 同时对手性蜂窝的各参数对性能的影响做了分析。基于六韧带手性蜂窝、四韧带手性蜂窝和四韧带反手性蜂窝结构, 设计了3种辐板结构。使用有限元软件ANSYS计算得到了非气胎车轮的承载力和最大Mises应力。在相同的垂直位移载荷条件下, 针对手性蜂窝的节圆半径及其壁厚参数做了有限元分析, 得出了支反力以及最大Mises应力关于这两个参数影响的曲线。研究结果可以为手性蜂窝作为辐板的非充气车轮的优化设计做参考。
高速车辆车轮踏面磨耗预测及系统参数影响分析
王红兵, 李艺, 李国芳, 王相平, 丁旺才, 潘彦君
2022, 41(5): 786-794.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200362
摘要(0) HTML(0) PDF 5064KB(0)
摘要:
为了进一步探究车轮踏面磨损规律及关键影响因素, 结合UM和MATLAB建立包含车辆-轨道耦合动力学模型、轮轨局部接触模型、磨耗计算模型的车轮踏面磨耗预测模型。根据实际线路特点布置线路工况, 预测车轮踏面磨耗演变规律, 选取车辆和轨道参数, 计算分析所选参数对踏面磨耗演变过程的影响。结果表明: 车轮踏面磨耗主要分布在名义滚动圆两侧, 随运营里程增加, 磨耗量近线性增长, 等效锥度增大但随轮对横移异常波动, 轮轨接触区域向车轮外侧区域扩展但接触区域逐渐局部化; 转臂定位节点纵向刚度越大, 磨耗分布越宽, 磨耗深度越大; 转向架轴距主要影响曲线通过时的车轮磨耗发展; 轨道不平顺是影响车轮磨耗的重要因素, 钢轨打磨和轮轨型面优化是减缓车轮磨耗的有效措施。
改进A*算法的移动机器人路径规划
杨明亮, 李宁
2022, 41(5): 795-800.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220005
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摘要:
机器人在执行各种任务中需要具备运动控制、定位、建图与路径规划的能力, 针对传统A*算法在路径规划中容易陷入局部最优点和转折较多问题, 提出了一种改进A*(A-Star)和动态窗口法(Dynamic window approach, DWA)相结合的混合算法。移动机器人平台以激光传感器作为核心传感器, 获得环境的二维信息, 针对同步定位与建图问题, 改进了Lazy Decision算法提高回环质量、减少计算量。针对机器人在路径规划中存在的问题, 在A*算法中引入预测距离, 设定动态衡量启发式A*算法中的h(n)权重系数, 解决了使用A*算法扩展节点多、容易陷入局部最优的问题, 同时对路径规划中拐角进行修正, 有效地将路径规划时间降低14%。并在由运动底盘、2D激光雷达传感器和计算机运算平台组成的自主移动机器人系统试验平台上验证了方法的有效性, 不仅缩短运行时间、优化了路径复杂度, 还有效克服了传统路径规划中转折角多、转折角度大的缺点。
材料科学
仿生轻质高强韧夹芯结构设计及其韧性性能分析
马玉秋, 郭策, 陈光明, 戴宁, 管吉钢, 何湘鹏
2022, 41(5): 801-807.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200392
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摘要:
复合材料轻质夹芯结构因其优异的力学性能被广泛应用于航空航天领域。本文在对白星花金龟鞘翅断面形貌观测的基础上, 根据鞘翅表皮层中纤维铺排方式以及微观结构特征设计了仿鞘翅轻质高韧夹芯结构。并利用有限元法对复合材料双螺旋铺层面板以及仿生鞘翅夹芯结构进行三点弯曲力学性能分析, 对结构韧性进行分析和评价; 进一步对夹芯结构进行承压性能分析。结果表明与传统蜂窝夹芯结构相比, 所设计的仿鞘翅复合材料夹芯结构具有更优异的韧性, 且与蜂窝夹芯结构承压能力相当。该研究对新型轻质高强高韧复合材料结构设计具有一定的参考和指导意义。
碳钢试样拉伸过程磁信号多尺度熵特征提取及磁畴观测
刘涛, 沈朝洋, 雷经发, 邬竞雄, 孙虹
2022, 41(5): 808-814.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220069
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摘要:
为揭示碳钢试样拉伸损伤过程磁信号多尺度特征, 选取45钢试样开展准静态拉伸实验, 提取磁场强度法向分量Hp(y)和磁场强度梯度K的多尺度熵特征, 结合上述特征, 选取支持向量机方法构建了损伤评估模型。利用原子力显微法观测各拉伸损伤阶段的磁畴形貌, 提取了磁畴相位角特征。结果表明: 各拉伸损伤阶段Hp(y)均存在对应于隐性损伤区域的零值点, 随着损伤程度增加, Hp(y)绝对值增大, K值曲线在Hp(y)零值点处出现峰值。各阶段Hp(y)多尺度熵值随尺度因子的增加呈上升趋势。随着损伤程度的增加, Hp(y)多尺度熵值降低, 而磁畴相位角呈逐渐上升趋势, 颈缩和断裂阶段Hp(y)多尺度熵值再次升高, 磁畴相位角则开始下降, 所构建的损伤评估模型具有83.3%的损伤识别精度。本文成果可为铁磁构件在役检测及损伤评估提供方法模型支撑。
航空、宇航工程
变厚度复合材料加筋壁板剪切屈曲及后屈曲承载能力研究
高伟, 成炜, 赵常飞
2022, 41(5): 815-820.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200420
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摘要:
为有效提高复合材料主承力结构效率, 变厚度复合材料层压结构承载能力研究具有重要意义。基于ABAQUS中Continuum Shell单元模拟变厚度复合材料层压结构, 采用特征值法和渐进损伤失效法求解长桁横截面积不同的两块变厚度复合材料加筋壁板剪切屈曲及后屈曲承载能力。研究结果表明: 其屈曲载荷和后屈曲载荷数值分析值与试验值相对误差不大于4%, 即该模型构建及求解方法可以准确预测其屈曲载荷和后屈曲载荷; 加筋壁板剪切载荷承载能力由蒙皮起决定性作用, 通过改变长桁横截面积不能有效提高其屈曲载荷和后屈曲载荷。
六自由度工业机械臂运动学仿真研究
云洋, 宋华, 徐炳吉
摘要(3149) PDF 0KB(998)
摘要:
为了解决传统插补方法机械臂运行缓慢的问题,采用一种构造雅可比函数的方式来对目标曲线进行插补,根据目标曲线计算出曲线上每个点的雅可比矩阵,形成雅可比矩阵函数,再将目标曲线拟合成末端速度函数,进而求得机械臂每个关节的角速度函数。实时计算机械臂的雅可比矩阵,根据机械臂末端需要的速度,计算出每个关节的速度,这样就能保证机械臂末端在工作空间每个位置的速度可控,同时使用KUKA KR30-3工业机器人模型对其进行仿真验证并就其在头盔加工方面进行仿真分析。仿真结果表明,在避开机械臂奇异位姿的情况下,根据末端位置函数能够计算出机械臂每个关节角的速度函数,并且能够保证速度的连续性。
Vine Copula模型的失效动态相关机械系统可靠性分析
胡启国, 周松
摘要(2097) PDF 0KB(762)
摘要:
提出机械系统的失效动态相关可靠性可采用动态Vine Copula模型进行描述。采用Vine Copula函数将复杂多失效相关的机械系统可靠性问题转换为对多个二维动态Copula函数进行分析。利用非参数估计算法,提出经验分布函数-局部极大似然两步法估计动态Copula函数中的时变参数,从而建立动态Vine Copula 模型来描述多失效动态相关机械系统的可靠性;并重点对机械系统的串联体系可靠性进行建模与分析,进而对机械系统的可靠度进行求解。最后通过单级减速器系统的算例验证了所述方法的合理性及有效性。
仿蚕机器人的运动特性分析和仿真研究
孟令森, 吴胜, 王永娟
摘要(1956) PDF 0KB(761)
摘要:
以蚕为典型生物进行观察分析,采用拍摄测量的方法,对蚕的身体做了静态测量,对蚕的运动进行了动态测量,对蚕运动速度进行定量分析,获得了蚕的形态规律特点。采用连杆机构建立了蚕的运动模型,提出了仿生机器人模块化结构方案,在ADAMS软件中建立了其虚拟样机模型。通过仿真计算,实现了仿蚕机器人的运动形态,分析了仿蚕机器人运动过程中关节扭矩的变化情况,制作了二维蠕动样机,并进行了试验。
双驱进给系统同步误差建模与分析
韩兴, 胡小秋, 胡雨伸, 周义成
摘要(1948) PDF 0KB(746)
摘要:
以数控铣床工作台进给系统为研究对象,通过分析双丝杠进给结构机械特性,并考虑工作台所受摩擦力,建立了同步误差理论模型。利用MATLAB/Simulink模块求解,分析结构参数等因素对同步误差的影响趋势。通过实验测得工作台分别在匀速运动和S形曲线运动下的同步误差,并与理论计算相比较。结果表明:进给系统同步误差是由几何误差导致的扭转角和运动过程中工作台两侧结构参数的不同共同作用产生的,所建的模型对同步误差有较准确的预测。
杆长误差对水下扩展机构的位置精度影响分析
安徽, 杜向党
摘要(1711) PDF 0KB(743)
摘要:
由于杆长制造误差等因素的影响,水下探测基阵的扩展机构在扩展运动时会产生位置误差,导致换能器描点轨迹的偏差,影响探测性能。以某水下扩展机构为研究对象,基于封闭矢量法和误差独立作用原理建立了杆长误差下的水下扩展机构位置精度分析模型,研究了实际扩展过程中8个杆长误差及输入角度误差对水下扩展机构输出位置的误差影响,探索了一种杆长误差下的机构运动学分析方法,提出一种在不同加工精度下换能器描点运动轨迹的描述方法。