摘要：目的 采用数值模拟方法,建立人体膝关节肌骨系统生物力学模型,并将人体动力学模型模拟跳跃运动时所获得的运动学和动力学信息作为模型驱动数据,进而分析不同热力耦合护膝条件下膝关节半月板的应力场分布特征。方法 基于受试者CT与MRI断层扫描图像,构建包括骨、关节软骨、半月板、韧带和膝关节外围软组织的较真实人体膝关节模型,依据跳跃运动全周期分析选择蓄力起跳、落地冲击两个半月板损伤风险较大的位姿步态进行模拟,分析4种不同热力耦合护膝条件下膝关节半月板的应力场特征,讨论半月板峰值应力及其应力集中区域的变化,探究半月板损伤以及佩戴护膝的防护功效和力学依据。结果 膝关节内侧半月板前角是应力集中的易受损区域;在热力场耦合护膝条件下,内侧半月板应力集中区域由其狭长且薄弱的前角转移至其较为宽厚的中部,且峰值应力显著降低;内、外侧半月板的峰值应力接近,表明两者共同承担外载,且半月板应力集中区域面积减小。结论 热力场耦合护膝对于膝关节半月板的损伤具有良好防护作用。数值模拟研究结果可以为热力多功能护膝的设计提供理论支撑和技术指导。

摘要：为了改善太阳能储热用相变材料的性能,以石蜡为基材,通过添加分散剂和不同质量分数的膨胀石墨,制备出具有良好热性能的复合相变材料。实验测试复合相变材料在熔化和凝固过程的温度变化,分析复合相变材料的蓄放热特性,并采用参比温度法得出复合相变材料的主要热物性参数。数值模拟复合相变材料的熔化过程,比较分析温度的模拟值与实验数据,研究复合相变材料的固液相变化规律和微观流场。结果表明:添加膨胀石墨可增强相变材料的传热,提高相变材料的蓄、放热性能,添加1.5%膨胀石墨的相变材料的热传导率是纯相变材料的1.49倍;随着膨胀石墨的添加量增加,复合相变材料黏度增大,使对流换热强度减弱,同时复合相变材料的潜热也逐渐降低,使蓄热量减小;膨胀石墨添加量(质量分数)为1.0%的复合相变材料蓄放热性能最佳,放热时间比纯相变材料缩短38.06%;膨胀石墨的添加量越高,复合相变材料的熔化速率越快;膨胀石墨添加量为1%的复合相变材料蓄放热性能最佳。

摘要：为延长飞行汽车的飞行时间及实现飞行汽车可以在空中飞行模式与陆地行驶模式下正常工作,在根据升力公式对飞行汽车机翼进行设计选型后,对机翼折叠、回收机构进行设计并基于复数矢量法建立机翼折叠、回收机构运动学模型,使用MATLAB分析计算了机构关键杆件的角位移、角速度、角加速度变化情况,并用Adams对机构进行运动仿真分析。分析结果表明:机翼折叠机构与回收机构的角位移、角速度、角加速度图像均未出现激增或骤降,机构结构设计合理,可实现平滑稳定运动,运动特性良好。其中,通过控制折叠机构驱动杆件由83.25°偏转至116.75°实现折叠外翼90°的偏转。通过控制回收机构驱动滑块位移516.6 mm实现机翼90°的展开。最终在30 s内完成机翼折叠及回收作业。

摘要：城市空中交通(urban air mobility, UAM),是近期解决当前地面交通拥堵困境的有效方法。因此,研究飞行汽车典型飞行任务剖面下的动力系统工作特性至关重要。由于电池能量密度的限制以及纯电动飞行汽车的里程限制,因此使用油电混合作为飞行汽车的动力系统更为合理。总结垂直起降飞行汽车(vertical takeoff and landing, VTOL)任务剖面下混动系统运行性能的相关研究。基于MATLAB Simulink,提出一种混合动力的协调方法,其中同时考虑两种操作模式。根据实际操作条件,预设垂直起降和平飞两种工况下不同的操作模式。在此基础上,研究作为主要电源的增程器调节功率流和提高增程器工作效率的电池协调。直流母线电压由DC/DC转换器调节,有利于电池组的整体寿命,实现了充电和放电状态期间的功率共享。仿真结果表明:可以很好地控制直流母线电压,并且增程器和电池之间的功率共享遵循设计。

摘要：针对现有Mini/Micro LED巨量转移运动定位平台不具有轴向微高度调整能力的问题,提出了一种基于轴向平动单自由度洛伦兹磁轴承的复合构型运动定位平台(Motion positioning platform,MPP)。为提高平台轴向悬浮控制带宽与控制精度,设计了“L”型永磁体和倾斜磁化永磁体叠加的多通道磁轴承拓扑构型,利用等效表面电流法建立了气隙区域磁通密度数学模型,得到了影响磁通密度大小和均匀性的结构参数,借助灵敏度分析筛选设计参数并进行优化设计。优化后轴承气隙磁密强度为478.20 mT,气隙磁密轴向波动率为10.6%,分别比原始方案的323.07 mT和10.8%提升48.02%和1.8%。根据优化结果研制了一台基于洛伦兹磁轴承的复合支撑运动平台,并应用于巨量转移设备,进行磁密测量验证和芯片转移效果测试。结果表明,优化方案轴承气隙平均磁密强度为476.75m T,气隙磁密轴向波动率为11.1%,与设计结果相符。转移中使用轴向轴承主动承接芯片,可消除因芯片未完全剥落产生的转移坏点,对提升巨量转移效率和良率有重要意义。

摘要：为了使交叉双旋翼无人直升机在全球定位系统(Global positioning system,GPS)信号不稳定的情况下实现对目标的视觉跟踪,设计了一种交叉双旋翼无人直升机视觉跟踪控制系统。首先,设计了一种视觉模块,对跟踪目标进行图像处理,利用基于方向性快速的特征点检测和旋转BRIEF(Oriented FAST and rotated BRIEF,ORB)描述子特征匹配和矩形检测,获取跟踪目标的中心点像素坐标,通过相机模型和旋转矩阵解算出跟踪目标的中心点实际位置。然后,设计了一种跟踪控制模块,采用串级比例积分微分(Proportional-integral-derivative,PID)加前馈的控制结构,为了限制极限位置和最大加速度,位置控制中采用平方根控制器,姿态控制中设计了一种交叉双旋翼姿态控制机构。之后,通过飞控地面站搭建仿真环境,对添加视觉模块的飞行控制系统进行仿真验证,结果表明,无人直升机可以很好地跟踪到视觉模块输出的期望位置。最后,进行实验验证,在设定最大飞行速度为1 m/s的条件下,姿态角最大为8°左右,位置与期望位置之间的误差最大为0.08 m,可以实现交叉双旋翼无人直升机对目标的视觉跟踪。

摘要：为了增加面齿轮的有效齿宽,研究一种任意轴交角传动且齿廓双侧压力角不等的非正交非对称面齿轮副。首先,设计出非对称齿条形刀具,根据齿条和插齿刀的运动关系,推导出非对称插齿刀的齿面方程;其次,基于啮合原理,建立非正交非对称面齿轮的插齿加工坐标系,并借助数据可视化软件对非正交非对称面齿轮的工作曲面和过渡曲面进行离散求解,建立了完整齿面的数学模型;第三,确定了非正交非对称面齿轮齿宽的限制条件,并分析了轴交角和压力角对齿宽的影响,得到不同压力角组合的面齿轮的齿面接触路径;最后,将求解得到的点云导入三维软件,曲面拟合得到非正交非对称面齿轮的复杂曲面模型。研究结果表明:非正交非对称面齿轮的根切界限与从动侧齿面相关,从动侧齿面压力角越大,产生根切的内径越小;增大轴交角或者减小从动侧的齿面压力角能有效避免齿顶变尖,增加有效齿宽;面齿轮采用非对称齿形能获得较长的接触路径,拥有更好的传动性能,但更容易发生边缘接触。

摘要：在计算机辅助设计与逆向工程应用中,针对缺乏拓扑连接关系的点云数据,提出了基于经验模态分解(EMD)的点云数据平滑与增强算法。首先,以点云模型的拉普拉斯矩阵坐标与法向的内积作为EMD输入信号,提取点云模型输入信号的极值点作为插值节点计算信号的上下包络;然后,为实现特征保持的EMD信号分解,通过检测点云数据上特征点,并在计算信号上下包络的过程中作为约束,克服传统EMD算法无法保持特征的局限;最后,迭代地从输入信号中减去上下包络的均值得到内蕴模态函数(IMF)和余量,并通过设计滤波器实现了点云数据平滑和增强。实验结果表明,本文算法有效地将EMD推广到三维散乱点云数据中,扩大EMD在三维几何中的应用范围,并在点云数据平滑和增强方面取得了很好的效果。

摘要：为减少纺织机器人所占空间并提高其控制性能,研制了一款用于落纱理管的新型纺织机器人腰部关节。采用有刷电动机为动力源,以STM32F103T8U6为主控芯片,以L9110S为驱动芯片,利用磁编码器AS5600与安装在输出轴末端的磁铁产生霍尔效应,实现腰部关节速度、位置的检测;通过对比单速度闭环控制和转速、电流双闭环系统,在控制算法上采用转速、电流双闭环比例积分(PI)控制系统进行调速;采用控制器局域网络(CAN)总线通信,以减少多关节布线的复杂程度。结果表明,所设计的机器人关节能有效减小体积,体现微型化设计,且使用范围更广泛,双闭环控制系统达到稳态的时间比单闭环控制缩短了30%。

摘要：在三维六向编织物纱线运动规律的基础上,建立了单胞模型,推导了编织参数之间的数学关系。基于该模型,采用改进的刚度平均化方法,导出了三维六向编织复合材料的工程弹性常数,分析了编织角和纤维体积含量对弹性性能的影响。结果表明,三维六向编织复合材料具有良好的力学性能,由于面内纬纱的加入,使面内的力学性能得到了提高。