智能开采装备全位姿测量及虚拟仿真控制技术

针对深部开采复杂地质条件下的综采装备空间位姿及受力动态变化、随机倾斜错动难以描述和自适应控制难题,提出了基于全位姿测量及虚拟仿真控制的智能开采模式,以中煤新集口孜东矿140502工作面地质条件和7 m四柱大采高综采装备参数为基础,构建复杂条件下智能开采装备全位姿测量及虚拟仿真智能控制系统。首先,给出了智能开采"环境装备-仿真模拟-反向控制"运行体系下的智能决策过程,提出了融合视觉的装备全位姿测量、工作面装备位姿一体化描述及驱动关系建模、基于Unity3D的综采虚拟仿真控制等3项支持智能决策的关键技术。随后建立融合视觉的工作面综采装备群全位姿多参数测量系统,提出了基于设备特征点的视觉多参数测量方法,获取描述综采装备群空间全位姿的15个独立参数;给出综采装备群统一坐标描述及驱动模型,建立了特定的全局和局部坐标系、采煤机和刮板输送机位姿驱动关系模型和刮板输送机三维空间弯曲姿态模型;基于Unity3D虚拟仿真技术构建了工作面场景、装备、工艺流程等虚拟实体和关系模型,支撑井下综采装备开采过程运动仿真。开发出与全位姿测量系统通信的底层数据接口,获取装备的实际工况数据,从而驱动仿真模型实现三维场景下的虚实映射。分析计算和模拟优化下一割煤循环装备协同运动及工艺过程,通过反向控制链路实现对装备虚拟模型和实际装备体的闭环控制。实验室测试表明:虚拟仿真系统实现了数据获取、模型解算、单机装备及装备群协同运动仿真,满足装备实际运行逻辑关系,具有对工作面装备运行状态实时监测和反向控制能力,系统运行流畅性满足要求,帧率20 fps。全位姿测量系统经井下现场测试表明:图像识别检测的支架数大于5架,图像解算时间小于0. 5 s,支架顶梁测量角度误差小于1. 2°,满足系统数据测量需求。     

离散元仿真中挖掘机铲斗结构表面的单元球表示方法探究

提出了一种基于单元球的铲斗结构表面的多精度几何表示方法。该方法针对铲斗的斗底板、侧腹板、侧刀板、前刀板和斗齿5个部位的几何特征和功能要求,实施基于单元球的多精度几何表示。对比分析不同精度下单元球表达的铲斗结构表面,发现离散元仿真时间会随铲斗结构表面的几何表示精度的提高而增加。因而,铲斗结构表面的单元球表示需综合考虑仿真精准性与仿真时间的需求。对比分析不同精度下单元球与三角面片表示方法,证实了单元球表示方法具备有效表示铲斗结构表面的局部几何细节的能力。相比于三角面片表示方法,单元球表示方法有望在铲斗挖掘过程离散元仿真中花费更少的计算时间。     

基于Creo和ADAMS的弧面分度凸轮机构建模与运动仿真研究

针对弧面分度凸轮机构建模及运动学进行研究,通过共轭曲面法并借助齐次坐标变换法建立圆柱滚子弧面分度凸轮不可展直纹工作轮廓曲面方程统一模型,推导了共轭接触方程求取共轭接触角,VC设计软件采集了分度期工作轮廓曲面数据点后,导入Creo中完成从点到线到面,再实体化建立了弧面分度凸轮三维模型,通过ADAMS运动学仿真分析了机构运动角速度和角加速度曲线震荡的影响及其产生原因,为机构建模优化和后续加工凸轮调整提供理论指导和帮助。     

桁架式火星探测器的着陆缓冲特性分析

着陆缓冲机构是着陆器实现行星探测软着陆的关键部位之一,它的缓冲性能直接关系到着陆器是否能安全地在行星表面实现软着陆。根据某院提供的火星着陆器模型,在三维建模软件中建立着陆器的合理简化模型,为了提高分析着陆器软着陆过程冲击响应的准确性,采用MSC公司的Patran/Dytran有限元软件,用瞬态动力学的方法对着陆器的缓冲性能进行分析。仿真结果与试验数据十分吻合,着陆器的缓冲和传力性能良好。因此,采用拉杆缓冲的桁架式火星着陆器是可行的,仿真结果与试验数据也为今后的火星探测提供了参考。     

袋装水泥装车机及拨板机构的设计与研究

针对袋装水泥装车半自动化问题，设计一款全自动装车机。首先，根据袋装水泥车间生产状况，确定水泥装车方案，即采用抽屉式逐层装车原理，利用ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ创建装车机三维模型；其次，为使水泥包快速准确地到达指定位置，针对拨板机构中的分拨板及导柱进行受力分析，建立其力学模型，推导出应力公式；最后，通过 ＡＮＳＹＳ有限元软件进行分拨板的力学仿真，为后续的优化设计提供依据。     

下肢外骨骼机器人踝关节建模及动力学仿真

下肢外骨骼机器人是一种具有辅助助力和医疗康复功能的智能型机械装置。本文通过对人体踝关节结构分析,设计了被动气弹簧踝关节下肢外骨骼机器人,并建立了被动踝关节力学模型;利用OpenSim获得了正常人行走时一个步态周期髋、膝关节步态数据,将其导入ADAMS对所设计的下肢外骨骼机器人踝关节未加气弹簧和加气弹簧两种模型进行了动力学仿真,通过对两种模型运动曲线对比分析,验证了所设计的下肢外骨骼机器人在步态行走和动力学方面的可行性和正确性。     

共轴双旋翼气动特性数值仿真研究

对悬停和前飞状态下共轴双旋翼的气动特性开展数值仿真研究。首先,分别对悬停状态的旋翼标模和前飞状态的试验模型计算旋翼拉力系数,数值仿真结果与试验结果符合良好。然后,基于多重参考系法建立共轴双旋翼CFD数值模型,分析共轴双旋翼上、下旋翼气动特性变化规律。结果表明,悬停状态下,共轴双旋翼每个旋翼的拉力系数均低于单旋翼拉力系数,本文算例中,双旋翼/单旋翼拉力比可达1.844,且随转速增加而降低。前飞状态下,从避免风车效应的角度考虑,共轴双旋翼优于单旋翼,旋翼间距近的共轴双旋翼优于旋翼间距远的共轴双旋翼。