时间最优轨迹规划是结合机器人动力学特性的全局最优规划方法,它能够充分提升机器人运动性能,对智能制造系统生产效率的提升具有重要意义。提出一种基于轨迹前瞻和可达性分析的在线轨迹规划算法。首先建立了时间最优数学模型,将非线性优化问题线性化;其次介绍了全局最优求解方法,以及轨迹前瞻模块的设计流程,论证了该算法不仅能进行在线轨迹规划,而且保证了解的精确性;最后基于六自由度协作机器人进行了算法仿真分析,验证了算法的准确性和鲁棒性。

传统的CNG汽车车辆碰撞安全性研究方法存在安全性差、抗碰撞性低等问题,为此提出一种CNG汽车车辆碰撞安全性研究方法。以相关碰撞安全标准和法规的分析为基础,分析了CNG汽车碰撞试验标准,将CNG汽车的结构特殊性与传统汽车的普适性相结合,构建了完整的试验模型。针对特殊的CNG高压系统结构设计了相应的碰撞安全试验,并对碰撞试验结果进行了对比研究。该方法可为增强中国CNG汽车行驶安全性提供有力参考。

为了解决工业生产过程中无序上下料机械臂与料筐的碰撞预测和轨迹规划问题,设计了基于数字孪生技术的机械臂无序抓取系统。系统虚拟仿真层负责模型构建和动态显示;控制层完成工件的识别和定位,利用基于空间投影的快速碰撞检测算法进行碰撞检测,采用关节空间双向搜索算法实现机械臂轨迹规划,利用模糊推理优化工艺参数;实体物理层实现场景扫描和运动数据实时上传。实际抓取实验验证了系统的有效性,机械臂避障准确率达到98%。

为了提高测温系统的测量精度与抗干扰性,提出将准分布式光纤光栅传感技术应用在水电厂测温系统中。根据光纤传感器特点,设计系统光路和数据采集模块,引入FPGA芯片和PCIE接口建立编程文件存储模块;应用准分布式光纤光栅传感技术,计算光路最佳分光比,去除光路内信号的噪声,计算目标温度值。实验结果表明在空间距离越来越大的情况下,测量精度仍然较高,为±0.1℃,温度信号未发生失真情况,测温系统的抗干扰性能得到了提高。

当前在应用型本科机械大类专业新工科建设中,智能制造成为最主要的方向之一。“智能制造导论”作为修读智能制造方向学生的第一门课程,如何在教学实践中将智能制造这一高度交叉复合的系统性知识比较直观又不失深度和广度地全面展示给学生成为其必须要解决的问题。通过综合分析“中国智造”的基本国情和新工科教育内涵,立足教育教学中多个层面的问题,较为全面地研究了“智能制造导论”课程建设目标、内容、教学的方式方法与考核评价等,并通过多个周期教学实践的不断改进和完善,取得了良好的效果。

基于某型号绝缘栅双极晶体管(IGBT)及其散热器,采用理论与试验相结合的方式,系统分析了IGBT运行损耗产生机理及散热设计基本原理,综合研究了界面状态对IGBT整体散热的影响。结果表明,安装界面是否涂覆导热硅脂,散热器的热阻差值可达25%以上;安装界面涂覆材料的物理特性及尺寸存在优选范围,对其散热存在较大的影响。

目前设备控制方法难以达到期望的控制效果,为了提高设备可靠性,对基于改进PID的机电一体化设备智能控制方法进行了研究。首先,对机电一体化设备进行状态监测,采集机电一体化设备的实时参数;然后,通过均分各台运行设备的负荷率,控制设备效率,协同调度设备间工作任务,区分设备任务的优先级;最后,基于改进PID智能控制机电一体化设备,通过调节PID参数,实现智能控制。实验证明,与基于常规PID的控制方法和基于模糊PID的控制方法相比,所提方法控制下的电机稳定性更强,能够有效降低振动的幅值,从而提高工件的表面质量;且电机d轴电流曲线的振动较小,具备更优越的动态性能和静态性能。

国内外学者对复合材料预紧力齿连接技术做了很多相关研究,但现有复合材料预紧力齿连接圆管接头的内套筒只起到施加预紧力的作用,并不参与传递轴向荷载,且其质量占接头总重25%~35%,一定程度上不满足轻量化的设计要求。基于此提出了一种内外套筒共同传力的新型预紧力齿连接接头,并进行了相关试验研究。验证了新型接头的内套筒可以参与传递荷载的整个过程,并得到了新型接头在达到极限承载力时内外金属套筒的荷载分配比例。通过承载力试验结果,证明了内外套筒共同传力的预紧力齿连接接头的力学性能优于传统接头。

研究了室外环境下基于网络差分组合导航AGV的定位和控制方法,提出了基于运动学的线性二次型调节器(LQR)路径跟踪控制算法,通过迭代求解黎卡提方程计算最优控制量,实现对AGV路径的跟踪控制。开发了原型样车并进行了可视化仿真,在园区室外环境中进行了实车实验。仿真和实验结果表明,开发的基于网络差分组合导航AGV可以可靠地进行路径跟踪。

小波包分析方法具有良好的局部分析能力,能对信号的时域与频域进行分析。以导管架平台室内模型为研究对象,建立其有限元模型。利用小波包分析方法,对有限元模型无损伤与有损伤数据进行分析,对比室内模型无损伤与有损伤实验数据分析结果,验证了小波包分析方法的适用性。建立有限元模型不同损伤工况,对各工况的振动响应信号进行分析,结果表明,小波包分析方法能很好地识别不同损伤工况,为工程实际应用提供了理论依据。