磁控微型软体四足水下机器人双模式运动特性的仿真与试验

无缆磁控微型机器人由于其尺寸小、质量轻,在生物医疗、微操作领域等都有着广阔的应用前景。设计一种十字叉形磁控微型软体四足机器人,采用水母模式、螺旋桨模式实现机器人的水下运动。首先分别对磁控四足机器人的水母模式和螺旋桨模式进行动力学分析,然后通过静态特性和动态特性分别对两种模式进行仿真与试验的对比分析,研究磁场强度与弯曲特性的关系、水母模式拍打幅度、频率与速度的关系,螺旋桨模式步长与圆锥素线角、频率与速度的关系等。在此基础上,通过设计控制信号分别在两种模式下实现在水下的垂直向上、悬停、水平移动等多个动作,并实现简单路径跟踪试验,磁控微型四足水下机器人的仿真与试验为微型机器人的应用提供了新思路。     

伺服系统转矩纹波的补偿研究

为降低伺服系统稳态误差的波动,并为摩擦模型的精确辨识创造条件,提出基于稳态误差分析的转矩纹波的辨识和补偿方法.确立伺服系统的稳态误差与其输入信号、干扰信号的关系.以此为基础研究匀速运动时稳态误差的组成,获得由转矩纹波和摩擦力矩等系统扰动引起的稳态误差,并利用频谱分析、最小二乘等方法确定转矩纹波的函数形式.通过可编程多轴控制器(Programmable multi-axis controller,PMAC)实现转矩纹波的补偿.经补偿,伺服系统稳态误差的波动不同程度减小,低速时效果明显,峰峰值由补偿前的10 μm减小到3.3 μm,高速时补偿后的峰峰值也降低为3.2 μm,而且可以获得明显的Stribeck曲线.该方法能很好地实现转矩纹波的补偿,为精确补偿摩擦扰动、提高伺服系统动态性能奠定基础.     

基于激光干涉仪的测量机几何误差检定技术

误差补偿技术是提高测量机精度的一项重要技术,其内容包括误差模型的建立、误差检定和误差补偿。针对一种特定结构形式的测量机建立其包含13项原始几何误差的误差补偿数学模型,提出基于激光干涉仪的,针对包括定位误差、直线度运动误差、角运动误差和垂直度误差在内的测量机各单项几何误差的检定方法,并通过数学模型对测量机的测量误差作补偿,由此生成的误差检定模块还可以嵌入到测量机软件中,实现对测量机几何误差的快速检定和反复检定。试验表明,经误差补偿,测量机单轴在176mm测量范围内的最大测量误差由补偿前的0.1399mm减小为0.0017mm。利用该方法检定测量机的几何误差并作误差补偿能够有效地提高测量机精度。     

基于改进的胶囊网络的行星齿轮箱故障诊断方法

行星齿轮箱是大型机械装备的核心传动环节,其内部关键零部件故障发生的部位与形式多样,威胁机械装备的安全服役.针对其不同部件的多类故障诊断问题,提出一种基于改进的胶囊网络(enhanced capsule ntwork, ECN)的“端到端”智能故障诊断方法. ECN充分发挥了卷积神经网络对故障特征的深度提取能力,同时具备胶囊结构矢量化挖掘特征空间信息的特点,可利用动态路由机制计算胶囊层之间的相关度,从而实现对故障特征的精准归类.此外,建立的间隔损失函数与输入数据不断优化模型参数,实现了对故障的智能诊断.对太阳轮、行星轮以及多类部件故障数据混合的情况分别开展分析,实验结果表明, ECN相比传统卷积神经网络和胶囊网络均表现出更强的故障诊断能力.     

应用稳态误差分析辨识LuGre模型参数

为精确得到模型的动静态参数,提出了以稳态误差分析为基础的模型参数辨识方法.首先,确立了伺服系统的稳态误差与其输入信号、干扰信号的关系,并以此为基础消除了转矩纹波对摩擦模型参数辨识的干扰;然后,利用稳态误差推导摩擦力矩,采用遗传算法辨识动静态参数;最后,利用辨识后的模型进行摩擦补偿,分析其补偿效果.实验结果表明,补偿后的...     

基于Arduino的智能楼宇无线多传感器监控系统设计

针对传统楼宇传感器监控系统布线复杂、功能单一等缺点,利用Arduino开源平台、无线模块Xbee、LEWEI50物联网开放平台搭建智能楼宇多传感器无线监控系统。系统以Arduino Uno为主控板,采用模块化设计,在局域网内部采用Xbee无线模块组网,实现对温湿度传感器、空气质量传感器、烟雾传感器、电能能耗传感器的数据采集和开关控制命令的传输,在外部通过W5100以太网模块实现互联网数据传输与监控。该系统实现对室内温度、湿度、空气质量指数、烟雾及电能等数据的无线实时采集;通过互联网、微信实现对传感器数据的远程实时监测;通过物联网开放平台实现微信、微博、短信等多种方式的报警功能;实现对智能楼宇开关的远程控制。实验结果表明,该系统无线通信距离远、实时性好、运行稳定、扩展性强。     

基于圆心约束最小二乘圆拟合的短圆弧测量方法

坐标测量中通常采用最小二乘法拟合几何元素。测量短圆弧时,由于特征点数少,受到的噪声干扰大,测量精度难以保证。本文针对基于机器视觉系统的短圆弧测量,分析了采用最小二乘法多点测圆时,圆弧中心角对圆心及半径测量误差的影响,提出了圆心约束最小二乘圆拟合方法。利用本文的方法测量理论半径10mm,中心角20°的短圆弧,测量误差小于0.01mm。对比实验表明,利用圆心约束最小二乘圆拟合法测量短圆弧能有效提高拟合精度。     

精密实验平台的非线性摩擦建模与补偿

非线性摩擦是影响高精度机械伺服系统动静态性能的主要因素之一。针对精密实验平台随行程位置不同表现出不同的摩擦特性,提出了一种基于LuGre模型的改进型摩擦建模方法,以速度和行程位置信号作为模型的输入变量,并用遗传算法对该模型的动静态参数进行辨识。基于改进型摩擦模型,分别通过精密实验运动平台及其相应的伺服仿真平台进行了摩擦现象和摩擦前馈补偿的实验和仿真。实验结果表明,摩擦补偿后的跟踪误差值约为补偿前的1/3,系统的静差也由原来1.4μm减小到0.4μm,与仿真平台摩擦补偿前后的现象基本一致。该改进型LuGre摩擦模型能直观、精确地描述实验平台的摩擦特性,基于该摩擦模型的前馈补偿减小了系统的跟踪误差,提高了系统的定位精度。     

磁弹性微型游泳机器人在外部干扰和复杂路径下的精确跟踪控制

基于磁弹性复合材料设计一种毫米级微型游泳机器人,利用三维亥姆霍兹线圈实现空间均匀磁场对机器人的无缆驱动,通过时变旋转磁场来改变机器人的运动姿态,从而实现机器人的游泳动作。介绍微型游泳机器人结构及制作流程,并利用Abaqus建立仿真模型,通过有限元仿真和试验对机器人的游泳特性进行对比分析,研究磁场频率、强度对游泳速度的影响。在此基础上,采用改进型视距导航控制方法提高游泳机器人的抗干扰能力,同时提出一种速度模糊自适应算法和头尾转换控制实现了对复杂规划路径的精确跟踪,试验结果表明,该算法能克服常规匀速视距导航控制易发生跟踪点丢失、无法再次回归跟踪路径等缺点,并能很好地减小路径跟踪误差,为磁控微型游泳机器人的精确控制提供了新思路。     

数字电子技术课程的混合式教学模式实践

以工程教育专业认证为指导,阐述互联网“线上+线下”相结合的混合教学模式,探讨数字电子技术课程教学的过程性评价机制,完善教学过程评价。