摘要：概述了“产品开发设计”课程的教学内容和教学要求,分析研究了项目式教学的起源、发展及实施步骤,提出了项目式教学在“产品开发设计”教学中的具体实施步骤及方法:确定项目任务、制订项目计划、项目具体实施、项目过程评价及完善、项目成果展现、评价反馈及拓展深化。以“清源行动”课程作业为例,进行了项目式教学的设计实践。由结果可见,“产品开发设计”课程的项目式教学研究及实践,不仅可以提升课程教学效果,而且为工业设计专业的课程教学和毕业设计教学提供了借鉴和启示。

摘要：日益复杂的在轨任务需求对航天器任务能力提出了更高的要求,细胞机器人具有“同样载荷,多种功能”的特点,能够通过变换自身构型完成在轨组装、抓捕等工作,已逐渐成为未来在轨航天器的研究新热点。面向在轨细胞机器人操作构型性能评价的需求,以细胞机器人在轨组装为背景,基于不同重构工况下的细胞机器人系统动力学参数,建立了组合体构型评价参数的映射关系,构建了关于细胞机器人驱动参数、组合体系统振动参数、组合体轨道参数、拓扑构型重构过程稳定性等设计变量的约束函数,提出了细胞机器人在轨重构构型评价方法。最后,进行了不同构型变化下的动力学仿真,并应用构型评价方法对其进行分析。结果表明,单自由细胞工况二为执行在轨组装任务的最优构型。文章所提评价方法综合考虑了细胞机器人在轨系统动力学参数,可为后续在轨细胞机器人的典型工况构型评价方法提供参考。

摘要：针对航天器地面微重力方法中无法抑制惯性力影响的问题,设计了一种零刚度机构主动补偿系统。建立了系统冗余驱动的动力学模型,提出了一种自适应的力/位混合控制方法,研究了未加干扰、系统干扰以及不同控制方法对比下控制器的性能。仿真结果表明:力/位混合控制方法可以平稳度过危险时段,并将重力补偿误差控制在1.5%以内,使系统具有很高的重力补偿精度。

摘要：脐带缆是海上油气开采水下生产系统中的关键远程控制装备之一,其横截面由电缆、光缆和钢管等功能构件组成。不同的构件具有不同的物理特性,因此,不同的脐带缆截面布局将呈现出不同的几何特性和承载能力,脐带缆截面布局设计为典型的多目标优化问题。论文考虑脐带缆截面几何特性和力学性能指标,提出了可量化的截面布局多目标优化模型,引入乘子罚函数法优化算法实现对该优化模型的求解。最后,以一条脐带缆为例,通过该优化算法获得了截面最优布局形式,通过与初始截面布局形式的对比,验证了该多目标优化设计方法的有效性。该方法可自动进行布局设计,避免了依赖人工经验的不确定性,为脐带缆截面布局设计提供了有益的参考。

摘要：通过对人的踝关节运动机理分析,设计一种新型的双足机器人踝关节并联机构。建立并联机构的参数化模型,并对该模型进行运动学和动力学分析,得出该并联机构的一阶影响矩阵、伸缩运动的驱动力与零力矩点(Zeromomentpoint,ZMP)轨迹关系。由于实际双足机器人行走时踝关节驱动力矩与角速度差异较大,为解决双足机器人步态行走中踝关节的动力学不平衡特性,结合并联机构的运动特点,迭代计算优化并联机构的结构参数,使踝关节两个驱动元件的驱动功率峰值和速度趋于一致。进行双足机器人步行试验研究,结果表明,优化后的并联结构踝关节的驱动功率峰值是串联结构下功率峰值的50%左右,降低驱动元件的功率设计要求。在满足双足行走时踝关节的运动性能要求下选择小功率的驱动元件,有利于减小关节的体积和质量,减小能耗。

摘要：为研究改进传统临时性建筑如:木头、纸筒、竹子、简易帐篷等材料制备的临时性住所存在可设计性不强、材料不够轻便、力学性能不足等问题.利用3D打印技术,使用PLA材料制备了手型蜂窝、六边形蜂窝、内凹六边形蜂窝、星形蜂窝和三角形蜂窝结构,并对这5种蜂窝结构进行测试了面内拉伸、面外弯曲和面内压缩的力学特性.根据实验结果,依靠数据对这5种结构的蜂窝芯子进行力学性能对比.结果显示手型蜂窝结构具有较大的承载能力,六边形蜂窝结构的综合力学性能优于其他4种结构.最后根据载荷位移曲线图,对比分析运用3D打印蜂窝结构在临时性建筑中,如何优于传统临时性建筑在建造中所使用的结构与材料.研究表明:设计的蜂窝结构轻质高强优于传统临时性建筑物材料,在一定条件下利用3D打印技术,使用PLA材料制备的手型蜂窝和六边形蜂窝结构,可以满足灾后临时性建筑的力学性能需求且可设计性强,材料轻便节省人力,有效的减少临时建筑物对灾民的二次伤害.

摘要：针对目前核电站主控制室后备盘台人机界面设计过多依赖人的经验和主观判断从而导致控制面板布局随意性的问题，提出了基于粒子群优化算法的控制面板布局设计优化方法，即先对控制面板上元件的重要性、操作频率、操作顺序和相关性等工效学布局原则分别进行数学描述，并依此构造布局优化目标函数，将布局问题抽象为数学问题，然后采用粒子群优化算法对布局优化目标函数进行求解，以便快速地找到最优布局方案，从而达到布局优化的目的。通过对16个操纵和显示元件进行布局优化计算，证明了该方法能有效地解决后备盘台人机界面布局优化问题。

摘要：以速度方向可操作度作为跳跃性能的评价指标,从机构设计角度寻求改善仿蛙跳跃机器人跳跃性能的方法.在仿蛙跳跃机器人机构模型的基础上,建立了起跳阶段的运动学方程,得到机器人从关节空间到质心运动空间的速度映射关系,结合速度方向可操作度,利用优化算法对仿蛙跳跃机器人的机构参数进行优化,使机器人的跳跃性能达到最佳.优化结果表明,运用速度方向可操作度理论,对跳跃机器人机构参数进行优化研究是有效可行的.

摘要：为解决助餐机器人平稳、安全的自动助餐问题，对机器人样机进行了运动规划和控制研究。参照常人进餐习惯，利用多项式插值法对机器人进行了基于速度平滑的运动规划。针对机械臂在助餐过程中引起的控制对象变负载特性，设计了模糊自整定PID控制器。基于dSPACE实验平台进行了运动轨迹跟踪实验，实验响应曲线可准确跟踪期望运动轨迹，实验保证了机器人平稳、准确助餐，表明该运动规划方法和控制算法能满足助餐机器人要求，且具有较强的鲁棒性。

摘要：拓扑优化设计可为现代工程提供具有卓越热学、力学及声学等多学科性能的创新型结构,移动变形组件法(Moving Morphable Components,MMC)以其独特的显示拓扑优化方法备受青睐,MMC法通过一系列可移动变形的显示组件间的移动、变形、重叠实现边界演化以完成结构优化的目的。该文利用椭圆形初始组件替代原有直线型骨架厚度二次变化组件进行拓扑优化。在减少设计变量次数的同时,可缩短一定的计算时间,但在实际计算中,随着初始组件单元数增加,中间迭代计算过程时间依旧相对较多,为精确实时获取拓扑优化构型,该文引入Pyramid-Attention-U-Net(PA-U-Net)深度学习模型加速优化设计,避免中间迭代计算过程。研究结果表明:该方法不仅在可忽略的计算时间内准确实时获取不同参数下的初始组件拓扑构型,而且准确率可达90.89%,高于其他深度学习网络模型。同时这种将深度学习与拓扑优化方法有机结合的形式在大型工程结构优化设计中具有广阔的应用前景。