摘要:由于串扰、AC-Stark 效应等因素的影响,导致 SERF 原子磁强计的空间位置(三维坐标以及灵敏轴指向)以及增益系数 发生偏差,直接影响磁源定位的精度。 针对以上问题,提出了一种自适应的 SERF 原子磁强计参数标定方法。 基于磁偶极子模 型设计了标定装置,装置由 24 个精密加工的圆线圈组成,用来施加标定磁源。 提出了一种改进的自适应精英遗传算法,以同时 标定磁强计的相关参数。 实验结果表明,算法拟合得到的实际磁场曲线和理论磁场曲线之间的平均相关系数为 99. 55% ,x 轴 坐标值漂移最明显,平均绝对偏差为 2. 63 mm,灵敏轴的平均绝对偏差为 8. 21°,这意味着在磁源定位前,需要对传感器参数进 行准确测量。 提出的标定方法对于提高磁源定位精度具有一定的参考意义。

摘要:提出一种激波管反射阶跃压力上升时间高精度估计方法。 首先,基于压力传感器阶跃响应特性,建立激波管反射阶跃 压力上升时间估计理论模型;其次,采用经验模态分解实现阶跃响应信号噪声分量消除,提取衰减振铃分量;然后,基于衰减正 弦拟合估计衰减振铃分量的第一峰值时间和振荡周期;最后,根据理论模型实现激波管反射阶跃压力上升时间高精度估计。 仿 真实验结果表明,阶跃压力上升时间估计平均相对误差为 2. 57% ,比传统方法和直接拟合法的平均相对误差分别减小了约 7. 3 倍和 2 倍。 激波管实测实验结果表明,在铝膜片厚度分别为 0. 25 和 0. 07 mm 的条件下,反射阶跃压力上升时间估计均值 分别为 0. 712 和 0. 876 μs,相对误差分别为 0. 14% 和 1. 9% ,明显小于传统方法测量相对误差(7. 5% 和 4. 3% ),方法有效提高了 激波管反射阶跃压力上升时间的估计精度,并且具有更强的鲁棒性。

摘要:为了综合、全面地获取固体电介质的介电响应信息,准确表征固体电介质的介电性能,提出了一种基于“分区同时” 测量策略的空间电荷与电流以及空间电荷与开路电位的同步同时联合测量方案。 该联合测量方案基于现有的电流测量单 元、电位测量单元以及空间电荷测量单元,通过 T 型滤波器和阻交电感对测量单元进行合理组合,保证测量过程中各单元之 间无互相干扰,从而实现电流、开路电位和空间电荷的同步联合测量。 以碳化硅( SiC)掺杂的低密度聚乙烯( LDPE)试样的 电流、电位和空间电荷同步联合测量结果为基础,对测量系统进行了校验。 研究结果表明,电流测量基础噪声在 pA 数量级, 在 1 ~ 10 kV 电压测量效果良好,空间电荷测量精度并未受到影响。 联合测量方案在技术上简单易行,能够实现对固体电介 质的电流、电位和空间电荷同步同时联合测量,同时该联合测量系统具有进一步扩展的空间,为后续多种测量技术的同步联 合应用提供参考与基础。

摘要:基于当前高能同步辐射光源(HEPS)装置的沉降监测需求,课题组设计关键参数和结构,研制了国内首个微米级单极板 电容式静力水准器样机。 本文重点研究该水准器的标定和精度验证,针对传统的标准量块和位移台标定法存在标定精度低、机 械加工要求高等问题,创新性采用单水准器直接标定法和多段拟合参数获取方案,实现 10 mm 量程的微米级标定;同时提出采 用激光反馈干涉仪联合纳米级位移台直接监测液位变化,实现单水准器的全量程精度验证,精度 3 μm;通过重载位移台进行了 7 m 距离的两点监测系统的精度验证,在 10 mm 量程内相对高程监测精度可达到 5 μm。 结果表明样机精度符合设计要求,可 为我国大型装置的高精度高程向监测提供可靠手段。

摘要:本文提出了一种用于渔船低温制冷系统的两级喷射器,并对其进行了优化设计和性能分析。 为达到最大引射性能,提 出了基于流场参数匹配的两级喷射器优化设计方法,使用计算流体力学仿真软件对两级喷射器进行了建模和参数优化。 此外, 采用了水冷式冷凝器来减小冷凝器与蒸发器之间的压差,从而获得了更高的引射比。 研究结果表明,所设计的两级喷射器可使 蒸发温度低至 248. 15 K,第一级和第二级喷射器最优面积比分别为 11. 8 和 6. 5。 中间压力在 253~ 324 kPa 之间,引射比先增加 后减小,在中间压力为 304 kPa 时达到最大值 0. 096,此时系统能效比达到 0. 074。 可以认为,采用优化设计的两级喷射器和水 冷式冷凝器,利用渔船余热驱动的低温制冷系统具有较好的节能效果。

摘要:自校准与校准相比,无需精度等级高于被校准对象的标准样板,能以较低的条件成本实现精密测量仪器系统误差的校准。 二维自校准中的标准样板常采用初始、相对旋转和平移的传统三位姿组合。 位姿之间相互独立且所有位姿变换均以初始位姿为 基础。 采用旋转和平移两种位姿复合后的位姿,能避免两次位姿变换之间必须将标准样板回归初始位姿的冗余操作,简化了二维 自校准流程。 基于复合位姿的二维自校准经仿真实验证明能在模拟噪声环境中有效分离被校准对象的误差,其不确定度与传统 非复合位姿组合的相等。 复合位姿的引入不影响二维自校准的噪声抑制能力。 在影像测量仪上实施二维自校准实验,采用包含 复合位姿的三位姿组合的二维自校准分离的工作台系统误差接近传统三位姿组合。 两种位姿组合对应的工作台系统误差结果相 差 0. 167 μm。 另外通过采用包含复合位姿的四位姿组合的实验结果,进一步论证了基于复合位姿的二维自校准效果。

摘要:本文建立了基于扫频干涉的动态间隙测量模型,推导出间隙与多普勒误差、光源扫频速率之间的关系式;定义多 普勒误差修正系数,对多普勒误差进行补偿。 分析了扫频速度变化时的间隙瞬时频率变化特征,获得傅里叶变换频率解 调法的适用条件。 仿真分析了间隙以三角波形式变化情况下,稀疏扫频点数、噪声等对傅里叶变换解调的影响;进而分 析了该方法在篦齿间隙测量中的适用性。 最后,搭建快速稀疏扫频干涉间隙测量系统并开展动态测量实验,结果表明: 扫频分别速率为 20、40 及 60 kHz,间隙变化频率分别为 100、500 及 1 000 Hz 的情况下,测量均方误差不超过 0. 2 μm,重 复性误差小于 0. 3 μm。

摘要:现有低温等离子体技术存在放电范围小、放电电压高等局限性,不适用于大尺寸医疗器械的消毒灭菌。 本文研制了一 种灭菌装置,在较低击穿电压下(大气压氦气 325 V,大气压空气 585 V)产生了大面积等离子体,且创新性地在印刷电路板上实 现了气体放电。 通过 COMSOL 等离子体仿真以及实际放电实验,同时实现了低气压与大气压环境下的均匀辉光放电,放电实 验结果表明:相对气压在-70~ -50 kPa 范围内,击穿电压值最低。 通过灭菌实验,验证了此灭菌装置产生等离子体的灭菌效 能,并对影响灭菌效果的因素进行了探究,灭菌实验结果表明:电源频率是影响灭菌效果的最关键因素,灭菌时间其次,氦气气 压对灭菌效果影响最小。 对于一定浓度的大肠杆菌,6 min 即可达到完全灭菌。

摘要:针对大型精密工程现场姿态测量精度评定的需求,提出了一种利用长度计量基准溯源姿态测量结果的姿态角现场精度 评定方法。 首先,介绍了激光跟踪姿态测量系统的基本组成及测量原理;其次,基于六自由度并联机构的正向运动学研究,建立 了空间距离与靶标姿态之间的数学模型,并通过蒙特卡洛法仿真分析距离约束测量精度、控制场布局以及系统工作距离等因素 对评定模型精度的影响;最后,搭建实验平台,利用精密转台的相对转动量作为角度基准,对本文研究方法的可行性进行了验 证。 结果表明:当距离约束测量精度为 0. 038 mm,控制场大小为 1 400 mm×1 400 mm 时,在-20° ~ 20°的姿态角变化范围内,评 定模型方位角精度为 0. 055°,俯仰角精度为 0. 058°。 本文研究方法避免了基于角度基准评定方法中较为严格的坐标系配准要 求,能综合反映测量系统现场使用状态,可为六自由度激光跟踪测量系统中姿态角现场精度评定方法提供参考。

摘要:随着航天器数量的不断增加,快速而准确地对航天器测控系统进行故障诊断尤为重要。 针对航天器所处空间环境变化 较大、遥测数据成分复杂和故障诊断准确率不高的问题,提出了一种基于注意力残差网络(AM-ResNet)的航天器测控系统故障 诊断方法。 首先,将原始遥测数据转换成灰度图像;其次,将图像依次通过残差网络和注意力模块,获取具有全局依赖关系的特 征图;最后经过卷积、池化操作后利用 Softmax 分类器进行分类,实现航天器测控系统的故障诊断。 实验结果表明,所提出的基 于注意力残差网络的航天器测控系统故障诊断方法可将诊断准确率提升至 95. 68% ,与 ResNet-18、AlexNet 和 LeNet-5 故障诊断 模型相比,诊断准确率分别提高了 3. 53% 、5. 62% 和 16. 43% ,验证了该方法可以有效提高航天器测控系统故障诊断性能。 关键词: 深度学习;故障诊断;残差网络;航天器;注意力机制

摘要:风电机组监控和数据采集系统的现场数据普遍存在缺失问题,会对下游状态监测任务产生一定负面影响。 为此,提出 一种结合注意力机制的掩膜自编码网络,用于填补面板数据样本中的缺失值,增加可用样本数量,提升状态监测结果的准确性 与连续性。 该方法以降噪自编码网络为整体框架,在编码阶段通过注意力机制对缺失值进行掩膜处理,赋予缺失值更高的权重 以强化网络对其关注程度,在解码阶段将缺失值填补后输出完备数据样本。 随后,利用长短时记忆网络提取的样本特征对目标 变量参数进行预测,依据预测残差实现状态监测。 使用某风电齿轮箱运行数据验证,结果表明:提出方法的数据填补偏差相较 对比方法至少改善 17. 2% ;与数据填补前相比,数据填补后样本数量显著增加,使状态监测网络对正常数据的预测残差平均下 降 37. 4% ,对故障数据的检测率提升 6. 8% 。

摘要:数据驱动的深度学习方法在高压断路器机械故障诊断中取得了一定的成效,然而这些方法实现优异性能的前提是可获 取海量训练样本,在现场数据匮乏场景下其诊断性能明显下降。 为此,提出了一种新颖的特征融合度量学习模型用于现场小样 本高压断路器机械故障诊断。 首先构建了特征融合卷积神经网络,有效提升了可鉴别特征提取能力。 然后以 K 近邻算法作为 度量学习器实现小样本数据的匹配和分类。 最后通过改进中心损失进一步提升特征表示的分辨能力,并通过情景训练从实验 室构建的大样本集中学习可迁移知识。 实验结果表明,本文方法在每类支持集样本数为 5 时便可达到 94. 58% 的诊断精度,相 对于卷积神经网络提升了 63. 71% 。 同时,得益于情景训练方式本文方法有效避免了非平衡样本的问题。

摘要:为降低高功率激光在单根光纤中的传输风险,提出基于多光纤传输的激光非相干空间合束 19×1 圆斑合束器。 基于 “内外同心圆+中心”同轴排列方式,采用光线追迹法进行合束器的光学设计,同时为实现合束器长期运行可靠性评估,基于多 激光束同步照射光学元件的体吸收模型,采用有限元方法对合束器内部透镜的温度、热畸变和热应力等进行研究。 结果表明, 在 10 kW 激光照射 30 mins 下,合束器内部透镜的最高温度为 381. 11 K,远低于熔融石英 1 900 K 的软化点温度,热畸变相关的 最大光圈数为 0. 07,远小于 1 个光圈数的透镜加工公差,热应力最大值为 14. 02 MPa,小于熔融石英 4. 5 GPa 的屈服应力。 此 外实验测得合束器输出总功率可达 10. 43 kW。 本研究对评价其他高功率激光系统的长期运行可靠性提供了有效的方法参考。

摘要:针对传统星点位置误差测试方法无法应用于红外星模拟器,提出了一种红外星模拟器星点位置分析、模拟与测试的新 方法。 结合传统星模拟器星点位置测试方法,分析像差对星点位置的影响因素,建立像差与星点位置模拟理论模型,并通过误 差拟合,分析出像质好则单星位置误差小的理论关系。 依据红外星模拟器与星敏感器的对接方式,设计了出瞳距大且外置的可 见和红外光双重组态下的准直光学系统,并实现红外波段像质优于可见光波段像质。 利用经纬仪实测,验证理论模型的准确 性,同时实测结果表明,可见光波段单星位置误差优于±13. 65″,红外波段间接实现单星位置误差优于±13. 65″。

摘要:针对实际工程中因故障样本数据稀少而导致模型识别准确率不高的问题,提出了一种基于自校正卷积神经网络( SCCNN)的滚动轴承故障诊断模型,并将其应用于小样本条件下的故障识别研究。 首先,为减少不同信号的数据分布差异,在每个 卷积层后添加 BN 算法;其次,利用自校正卷积学习信号的多尺度特征,提高模型获取有用故障特征的能力;然后,引入通道自 注意力机制,建立通道特征信息之间的相关性,用于突出故障特征并抑制数据过拟合;再将少量训练样本输入到模型中进行学 习;最后,将各类不同条件下的故障信号输入到训练好的 SC-CNN 模型进行识别分类,并在两个数据集上进行实验验证。 结果 表明,所提模型在信噪比为-4 dB 的强噪声环境下,识别准确率分别为 98. 64% 和 99. 83% ,在变工况条件下,识别准确率分别为 94. 37% 和 99. 64% ,验证了 SC-CNN 模型在小样本条件下具有较强的鲁棒性和泛化性能。

摘要:提升可靠性是国产化重型燃气轮机控制系统研发需要解决的核心问题。 硬件冗余是控制系统可靠性的重要保障,可在 功能上实现容错,其成本与故障修复相比更低,已在工业应用中占据主导地位。 由于我国重型燃气轮机控制系统的研制还处于 攻关阶段,对其可靠性的研究几乎处于空白状态。 分析了国产重型燃气轮机 NuCON 控制系统的冗余策略,采用马尔可夫 (Markov)模型构建该冗余策略下的可靠性模型;运用概率模型检测器 PRISM 对可靠性模型进行定量计算和检验,仿真表明,在 一定修复时间和冗余结构下,采用最小硬件配置的 NuCON 控制系统的不可用率为 1. 616×10 -4 ,满足系统可靠性设计要求。 同 时对比分析了不同修复时间、不同系统结构和不同系统规模对系统不可用率的量化影响结果。

摘要:磁弹传感技术在柔性钢缆索的拉力测量中体现出诸多优势,但在面对刚性的实心圆钢吊杆时,却面临励磁线圈难以充 分磁化圆钢吊杆的难题。 针对圆钢吊杆的结构与力学特性,通过建模与仿真,对圆钢吊杆的磁化过程进行了深入分析,并优化 设计励磁线圈,对直径 Φ85 mm/ Φ120 mm 的常规/ 超大直径圆钢吊杆研制了传感器样件,进行了静载加载实验,并与常规的振 弦应变计对比。 试验结果表明,优化的励磁线圈能够充分磁化 Φ85 mm 的圆钢吊杆;且传感器测量结果的线性度与重复性好, 满量程误差均值小于 2% (均值- 0. 15% ),明显优于振弦应变计结果(均值- 1. 95% ),满足拉力监测的应用需求;但是对于 Φ120 mm 的超大直径圆钢吊杆,则需进一步优化励磁线圈,以获得更好的效果。

摘要:热感式微流量传感器具备灵敏度高、可靠性好、测量精度高等优势,广泛应用于环境监测系统、生物研究、化工工艺控制 等领域,然而传统热感式流量传感器的量程有限,从而限制了其进一步拓展应用领域。 本文提出了一种新的设有主次双流道的 双层热感式微流量传感器,低流率时输出主流道的温差信号,而大流率时输出次流道的温差信号,从而拓宽量程。 为了能获得 更好的传感器性能,通过数值模拟优化了支流流道入口大小与位置和流道高度与宽度,优化后双层热感式微流量传感器的量程 为 0~ 145 m/ s 式,同时确保灵敏度超过 0. 03 K/ (m·s -1 ),并且确定了主次流道输出温差信号的转换流速阈值为 63 m/ s。 最后 分析了传感器内部粘性耗散,发现上游探测器前端的粘性耗散是引起传感器失效的主要原因,为改进热感式微流量传感器性能 提供参考。

摘要:针对三轴数控机床激光测头安装位姿误差造成测量误差且不易调整和校准的问题,提出了一种在机测量线激光传感器 安装位姿标定方法。 建立了线激光在机测量系统的数学模型,通过机床运动带动线激光测头对标定基准点的空间位置进行测 量,基于手眼标定原理给出了关于测头安装位姿参数的线性求解算法,完成了对测头安装误差的全局标定。 考虑了机床定位误 差对于标定结果精度的影响,采用蒙特卡洛模拟进行了误差分析。 采用半径为 35 mm 的圆孔进行测量验证,实验结果表明,标 定后圆孔测量误差为 0. 051 6 mm,测量精度提高了约 96% ,实验结果验证了该标定方法的有效性和可行性。

摘要:由于微纳卫星在体积、重量以及功耗等方面的限制,星载宽幅遥感图像海陆分割需要现场可编程门阵列(FPGA)提供 高能效计算能力。 在保证分割精度前提下,利用 FPGA 有限片上资源实现低复杂度算法的并行计算是关键。 因此,本文提出一 种基于 FPGA 并行计算的多阈值分级海陆分割方法。 该方法以 OTSU 法为核心,利用基于多特征联合阈值的子图分类构成分 级海陆分割,以抑制海面中干扰点的影响。 此外,设计新颖的并行迭代计算结构,在提升 OTSU 计算效率的同时实现对片上缓 存占用的平衡性调整。 实验结果表明,本文方法可达到 98% 以上的整体检测精度。 同时,对于一幅 8 192×2 048 pixels 的遥感 图像,本文方法处理时间仅为 0. 16 s,较其它基于 FPGA 的方法的处理时间至少减少了 23. 81% 。

摘要:压电振动能量采集器是实现低功耗电子产品无线自供电的核心部件,其与非线性接口转换电路的耦合机理是提升无线 自供电系统输出性能的关键理论。 以非线性三稳态压电振动能量采集器及其 4 种非线性接口转换电路为对象,建立动力学模 型,利用谐波平衡方法求解不同接口电路下系统耦合动态响应的稳态解;仿真分析了系统参数对接口电路输出特性的影响。 研 究结果表明,当机电耦合系数较小时,串联同步电感开并接口电路(S-SSHI)适合于频率小于 7 Hz、负载电阻小于 7. 4×10 6 Ω 的 场合,而并联同步电感开关接口电路( P-SSHI) 则相反;当机电耦合系数较大时,直流电( DC) 电路具有优势,功率达到 4. 5×10 -3 mW;交流电(AC)电路和 DC 电路具有较宽的机电耦合系数范围,而 P-SSHI 电路和 S-SSHI 电路却较窄但输出功率高, 最大输出功率可达到 19. 0×10 -3 和 14. 3×10 -3 mW。 实验验证了仿真结果的正确性。

摘要:煤矸高效分选是实现煤炭资源绿色开采的重要手段,其核心技术是煤和矸石的快速精准识别。 因此,本文提出了基于 X 射线图像和激光点云融合的煤矸识别方法。 首先,设计了基于局部熵和全局均差加权的改进 Otsu 分割算法,以此提高 X 射 线图像的分割精度和分割效率;同时,利用直通滤波和体素栅格降采样简化了煤矸激光点云数据,进而提取了 X 射线图像和激 光点云的煤矸组合特征。 然后,针对传统麻雀搜索算法( SSA)易陷入局部最优和种群多样性差等问题,提出了多策略改进的 SSA 算法(ISSA),并用于轻量梯度提升机(LightGBM)参数的寻优,进而设计了基于 ISSA-LightGBM 的煤矸快速识别模型。 最 后,搭建了煤矸识别实验平台,开展了相应的实验对比分析,结果表明:ISSA-LightGBM 模型的煤矸识别准确达 99. 00% ,综合性 能优于其它模型,满足了煤矸高效识别的需求。

摘要:针对轨道入侵异物对行车安全造成的极大威胁,而现有的轨道目标检测算法难以平衡检测精度和速度、易受复杂环境 影响以及难以部署于嵌入式设备等问题,提出了一种轻量型自适应多尺度卷积神经网络,其通过特征图线性变换简化特征提取 过程,使用自适应多尺度特征融合优化特征表达能力,并通过设计轻量型注意力进一步提升异物检测精度;同时,结合 NVIDIA Jetson TX2 嵌入式平台,研制了轨道入侵异物自主检测系统。 实验结果表明,本文提出的模型很好地平衡了检测速度和精度, 在 NVIDIA GeForce GTX1080Ti 的 GPU 平台上对轨道数据集的检测速度为 297 FPS,检测精度为 92. 96% ,比 YOLOv4-tiny 高 7. 72% ,实现了在轨道交通复杂场景下高精度、高速度以及高鲁棒性的检测入侵异物。

摘要:为快速、准确测量大型零件大跨度孔的同轴度误差,设计了对侧布置的线激光扫描四目视觉测量系统,通过两套视觉测 量单元分别采集两孔端面点云数据,进一步拟合端面圆心和端面法线,得到两个独立的单侧孔轴线。 提出了大跨距无公共视场 视觉系统标定方法,设计了多标定板相固连的靶标,通过 4 块标定板的位姿关系传递,得到两套视觉测量单元的坐标系转换关 系,实现了两侧孔测量数据的坐标系统一。 精度验证实验表明,该系统对于 1. 15 m 跨距的标准球组球心距测量均方根误差为 0. 161 mm。 使用该系统对一压路机振动轮两侧轴承孔的同轴度进行了测量,并与三坐标测量机的测量结果进行了对比,结果 表明两者测量结果偏差小于 5% ,测量精度能够满足工业生产需求。

摘要:三维医学图像可辅助医生的临床诊疗,不同模态三维图像通过配准后,可为医生提供更全面的病患信息,而传统三维多 模态医学图像配准的精度不高、耗时较长且易受干扰。 首先搭建 Hessian 四维尺度空间,将加速稳健特征(SURF)框架拓展至三 维,然后基于几何代数构造了梯度角度不变性的三维特征点描述子,以丰富特征点信息;再设计快速空间寻优算法,不仅可保证 配准精度,且提高配准稳定性;最后,采用数据一致性较好的 RIRE 公开数据集和合作附属医院提供的个性化临床实例数据开 展实验。 实验评估中,以手动配准作为金标准,公开库和临床实例图像的配准均值误差都不超过 3 mm,配准相似性超过 99. 1% ;抗扰实验中混入高斯噪声,均值误差仍不超过 3. 5 mm,相似性超过 98. 9% 。 实验结果表明,基于几何代数 SURF 的三维 配准方法的精度更高且稳定性更强,可为临床适用提供理论基础与诊疗预案。

摘要:针对水下无人航行器(UUV)集群在有限续航力和负载约束条件下求解广泛且稀疏分布区域勘察任务规划问题时常规 算法存在收敛性差、解质量不高的不足,提出了一种改进的蚁群优化算法。 首先,通过分析个体 UUV 平台能力和集群任务的约 束条件,建立 UUV 集群任务规划的约束模型和优化模型;其次,基于任务点间距离与平均距离之差设计初始信息素浓度的非均 等分配方法,提出优化模型的最佳与最差阈值对蚂蚁进行分类并对应完成信息素更新,在状态转移规则中创新加入可随迭代进 程动态改变的“引力系数”来增加算法前中期次优节点被选中的概率;再次,设置对照统计实验完成算法优化项的有效性分析, 依据最优解出现的次数和平均收敛值优化算法参数;最后,以经典文献案例仿真,对比分析基本蚁群算法、精英蚁群算法与提出 算法,相较于前两种算法,算法在 50 次统计实验中找到近似最优解的百分比分别提升 78% 和 66% ,平均在第 40 代实现收敛,表 明出很好的全局寻优能力和收敛性能。 通过设计具有一定规模的 UUV 集群任务规划典型案例,验证了算法求解 UUV 集群广 泛且稀疏分布区域任务规划问题的快速性和有效性。

摘要:现有适用于胃肠道机器人的无线能量传输系统的能量传输效率低、接收功率低且接收能量的位置均匀性差,无法满足 功能复杂的新型胃肠道机器人的能量需求。 本文提出了一种新型 C 型组合式发射线圈结构,通过有限元仿真分析供能单元组 的磁感应强度大小和位置均匀性,确定供能单元组中线圈对间距的实验优化范围。 最后搭建实验平台,优化供能单元组中线圈 对间距,通过系统的能量传输效率、接收功率以及接收功率的位置均匀度对设计进行评估与验证。 实验结果表明:当线圈对间 距为 150 mm 时,中心位置的接收功率为 1 165. 34 mW,系统的能量传输效率为 6. 08% 。 系统的平均功率约为 1 100 mW,平均 能量传输效率达 6% 以上,接收功率的平均位置均匀度达 94% 。 新型 C 型结构磁芯以及采用同一时刻只有一个供能单元组工 作的组合式线圈结构,极大地改善了系统的接收功率与能量传输效率,并有较高的接收能量的位置均匀性。

摘要:手指内部力矩受表面肌电信号、肌力、手部姿态等因素影响而无法直接获取,为了实时且准确地获取手指各关节力矩以 及耦合力矩并应用于手部康复机器人的交互控制中,提出了一种基于表面肌电信号和肌肉骨骼模型的手指多关节力矩和耦合 力矩分析与实时获取方法。 首先设计了自适应手指关节角度采集系统,通过实验同步采集指浅屈肌与指伸肌的肌电信号以及 手指各关节的角度数据,建立手指多关节力矩模型,从而获取手指各关节力矩。 然后建立手指 D-H 模型,结合虚功原理获取手 指的耦合力矩。 最后,辨识了手指多关节力矩模型的参数,并通过 OpenSim 软件获取了仿真力矩。 计算力矩与仿真力矩的对比 结果显示:4 名被试 3 个关节力矩的均方根误差分别为 0. 156 7、0. 097 425、0. 084 95,证明了该方法能够实时并准确的获取手指 各关节力矩和耦合力矩,能够满足手部康复机器人交互控制准确性和实时性的需求。

摘要:为解决因标定位姿点随机选择导致机器人标定结果不稳定、可靠性低问题,研究了基于雅克比矩阵奇异值计算可观测 指标的最优位姿点数目及最优位姿集选择算法,建立了机器人 MDH 模型,采用 LM 算法对几何参数进行辨识,使用 LeicaAT960 激光跟踪仪分别在最优位姿集和随机位姿集下对 Staubli TX60 机器人末端位姿大量实测;在分析研究机器人标定不确定度来 源基础上,采用测量不确定指南(GUM)计算几何参数标定的不确定度及蒙特卡洛模拟法对机器人末端位置不确定度进行评 估,结果表明,经最优位姿集标定后的机器人不仅在测试点精度有大幅提升,而且几何参数及末端位置平均不确定度约为随机 位姿集标定的 0. 11 倍,标定结果稳定可靠,泛化能力强,适于在高精度、大范围作业场合推广应用。

摘要:针对一类不稳定、欠驱动二自由度旋转倒立摆系统, 提出一种基于微分平坦的双闭环抗扰 PID 控制方法。 首先, 建立倒 立摆的非线性动力学模型, 利用近似线性化分析系统的不稳定零动态与非最小相位特性; 然后, 结合微分平坦理论, 设计倒立摆 平坦输出,重构系统平坦状态, 并建立平坦状态与角度输出之间的转化关系,克服倒立摆的非最小相位影响; 进一步, 针对微分 平坦系统, 设计抗扰 PID 双闭环控制结构和带宽化调节方法, 在主动抗扰机制下实现对摆杆角度与悬臂角度的精准控制; 最后, 通过仿真与实验, 验证所提方法的有效性和实用性。 所提方法为欠驱动系统提供了一种结构简单、抗扰能力强的控制方案。