摘要：为了提高穿戴舒适性与承载有效性,本文在提出一种膝关节外骨骼机器人张弛穿戴系统原型及其工作机制解析的基础上,对该系统开展静力学优化综合及其方法研究。首先,本文基于系统虚拟样机模型的构建,构造一种计及应力、变形及受力结点占比等要素的综合穿戴舒适度评价指标;其次,基于系统虚拟样机静力学仿真,结合评价指标,开展多目标遗传优化与铠甲层拓扑构型的局部优化综合;最后,通过模型重建仿真数据证实了该系统具有良好的穿戴舒适性。本研究为后续穿戴系统的承载性能及样机建造提供了理论基础。

摘要：研究具有递减参数的串联非线性能量阱(nonlinear energy sink,NES)在冲击和扫频激励下的减振效能;分析阻尼接地方式对减振效能的影响,并将其与单自由度NES进行对比;推导出系统的无量纲动力学方程并利用数值方法进行分析,研究两种串联NES中的各级纯立方振子在能量耗散中的作用及其差异。研究结果显示,当激励幅值较低时,阻尼不接地型NES的减振效能要强于阻尼接地型NES,而随着激励幅值的持续增加,在较宽的激励幅值变化范围内衡量减振效能时,阻尼接地型串联NES具有非常明显的优势。此外,各级纯立方振子在能量耗散中发挥的作用随激励幅值的增加而变化,当激励幅值增大到一定程度后,质量最小的第三级振子消耗的能量最多。

摘要：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。

摘要：在旋转机械中转子因高速运转、承受变周期及交变载荷的影响,容易导致其裂纹的萌生与扩展等问题。本文考虑具有裂纹的水平支撑非线性转子系统模型及动力学方程,推导了裂纹转子的能量表达式,引入能量空间概念,提出了振动能量空间分析方法,研究了不同临界转速区域能量空间的转子振动特性;基于提出的能量轨道概念,在能量FFT和轨道畸变中比较不同裂纹参数和非线性参数对系统振动特性的影响;相关实验验证了裂纹转子的能量FFT和能量轨道。研究结果表明:裂纹转子的能量FFT和轨道畸变能够诊断转子的裂纹故障,为分析裂纹转子系统振动响应和故障诊断提供了一种方法。

摘要：为了研究超临界二氧化碳(S-CO_(2))离心压缩机在进口条件发生变化时,性能曲线的变化规律和流场内超临界之外区域的变化情况。对某一10 MW级S-CO_(2)离心压缩机通过改变进口温度和压力来进行定常数值模拟。对不同进口条件下的性能曲线和非超临界区域范围进行分析,得出进口温度越低或进口压力越高时,压缩机的性能越高。压缩机的进口温度或压力越靠近临界点时,压缩机的流场内部越进入非超临界区域,且范围也越大。同时,当压缩机的进口处工质密度相近时,压缩机的效率曲线基本一致。

摘要：磁弹性材料设计的毫米级微型游泳机器人可通过外部均匀磁场实现连续形变来完成游泳动作,通过视觉反馈能提高机器人的路径跟随精度,但在复杂背景下机器人的视觉闭环控制易发生识别错误、跟踪失败等现象。针对上述问题,首先获取复杂环境下的障碍物信息,提出改进RRT*算法(IIC-RRT*)进行路径规划,同时基于环形平滑标签的YOLOv5识别跟踪算法(CSL-YOLOv5),在复杂背景下对微型游泳机器人的中心位置与旋转角度进行实时更新。在此基础上进行微型游泳机器人在障碍物复杂背景下的位置与角度的双闭环伺服控制,试验结果表明,提出的路径规划算法改善了路径生成的效率与平滑性,识别跟踪算法提高了微型游泳机器人的识别稳定性与精确性,为磁控微型游泳机器人在复杂背景下的精确控制提供了新思路。

摘要：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。

摘要：针对F范数对离群数据较为敏感,而L1范数能降低离群数据的影响,但无法有效控制重构误差的问题,本文将L1范数与F范数同时作为目标函数的距离度量方式,提出了二维主成分分析(two-dimensional principle component analysis,2DPCA)联合算法2DPCA-F-L1,并给出了其非贪婪求解方法。该算法确保了对图像的分类能力,同时也降低了图像重构时的平均重构误差。本文将提出的2DPCA-F-L1算法在应用于水下生物图像识别时,可以抑制水下光学影像存在的噪声干扰。实验证明,该算法能够精确地识别水下生物的种类,并且在图像重构时相较于其他主成分分析(principle component analysis,PCA)算法具有更优的鲁棒性。

摘要：目的分析膝关节单髁置换术(unicompartmental knee arthroplasty,UKA)和全膝置换术(total knee arthroplasty,TKA)后长期胫骨近端力学性能的变化,探究UKA和TKA的失效原因。方法建立健康、UKA、TKA胫骨近端有限元模型,利用Wolff骨重建理论结合有限元法预测胫骨近端的密度分布和应力分布。结果UKA外侧踝平均应力基本不变,但呈增大趋势,平均密度增加2%,内侧踝平均密度减小13%,平均应力均减少11%。TKA外侧踝平均密度减少1.5%,平均应力减少14%,内侧踝平均密度减少1.4%,平均应力减少19%,假体末端平均密度增加10%,平均应力增加15%。结论UKA、TKA假体的植入会造成应力遮挡现象,可能是产生术后假体松动的主要原因。TKA假体末端应力增大,可能导致TKA失效。UKA非置换侧平均应力随着骨重建的进行不断增大,可能导致UKA中远期对侧骨关节炎恶化。研究结果可以为降低UKA、TKA并发症发生概率提供数据支持。

摘要：针对焊缝图像特征提取的实时性问题,该文提出一种增量式块主成分分析(incremental block principal component analysis,IBlockPCA)算法,用于焊缝特征主成分的提取。该算法先将焊缝表面图像分割成子图像块并对其进行重构,然后利用提出的IBlockPCA算法对局部块图像进行增量式特征提取,并采用KNN算法对提取的特征主成分进行分类识别;最后在焊缝数据集上进行了算法的性能对比。实验结果表明,该算法在收敛率、分类率及复杂度等方面均优于其他主成分分析(principal component analysis,PCA)算法,其分类识别率为97.5%,其平均处理速度可达50 frame/s,能够满足焊缝表面图像的实时性处理需求。