摘要：传统线激光视觉传感器受到相机景深的限制,高精度测量范围有限。通过倾斜镜头以满足Scheimpflug定律,能在视觉传感器内建立恒聚焦光路,使可见范围均清晰成像。该文针对改进后的线激光视觉传感器,提出了一套完整且有效的标定方案。相机内参标定方面,建立了倾斜相机成像模型,并提出了新的参数初值获取方法和非线性优化流程。光平面标定方面,设计了双台阶形状的新标定靶物,只需要采集一次标志物轮廓信息就能通过最优化求解快速完成光平面标定。实际测量结果显示,完成标定的传感器对标准陶瓷量块尺寸的检测偏差均值约为0.0280 mm,表明该文提出的标定方案可靠有效,符合实际应用需求。

摘要：利用金属/气体共晶二维定向凝固的方法制备出放射状多孔金属.凝固过程中,气孔的生成使熔体体积膨胀,从而导致凝固界面前沿出现剧烈的熔体流动.Mg-H系实验结果显示,横向对流会影响气孔的生长方向,促进气泡逸出以及降低气孔分布的均匀性.通过合理的铸型结构设计以及选择适当的工艺参数,可以将剧烈而有害的横向对流限制至一个较低的程度,从而制得高质量的气孔均匀分布的放射状多孔镁.

摘要：开发了模拟挤压铸造凝固过程中铸件温度、应力及形状变化的有限元模型.该模型包括了凝固过程中潜热的释放和体积收缩效应、界面传热和变形的相互作用以及凝固壳在冲头压力下的变形等.应力场模拟中采用热弹粘塑性本构模型描述凝固壳的变形,并对液相和糊状区进行了特殊处理.利用接触算法处理铸件与模具界面,并且采用一种特殊的迭代法来模拟冲头的运动.该模型可以用来研究模具设计和工艺参数(如模具温度及冲头压力等)对铸件质量的影响.

摘要：针对所设计的新型箱型钢结构现场全位置焊接机器人存在欠自由度和自由度耦合等问题，导出了一种基于实际焊接工艺需求的机器人逆运动学数值解法，解决了采用传统解析法求解机器人逆运动学问题时存在的困难。在数值解的基础上，进一步提出了一种基于递推算法的机器人运动轨迹规划和焊枪空间位姿调整方法，实现了机器人在焊接箱型钢结构直角转角过程中的焊枪空间位姿的平滑过渡和调整。该方法不仅实现了箱型钢全位置焊接的轨迹规划功能，有利于计算机自动求解，而且可有效适应不同型号尺寸的箱型钢结构。

摘要：为满足水轮机叶片修复对爬壁机器人负载能力和运动灵活性的要求,设计了一种具有强吸附能力的永磁吸附装置。吸附装置吸附于水轮机叶片表面时,吸附装置和叶片表面之间有一定的气隙(非接触的),以减小爬壁机器人的运行阻力。非接触吸附装置由多个吸附单元组成,吸附单元之间按照一定方式进行耦合,吸附单元由永磁体和轭铁组成。运用有限元方法,建立吸附装置磁场数值计算模型,对吸附单元关键结构参数及吸附单元间耦合方式进行了分析和优化设计。实验结果表明,该吸附装置在气隙为6.2mm的情况下能提供2400N的吸附力,吸附装置自重小,吸附能力强,适用于曲率半径在1.5m以上的导磁壁面。

摘要：针对箱型钢结构现场焊接施工中的自动化程度低、高空作业和接头质量稳定性不足等问题,设计了一款新型箱型钢结构全位置焊接机器人系统.在介绍机器人系统的结构设计方案和原理的基础上,根据箱型钢结构的结构特征,对其直拐角的焊接运动过程进行了详细的探讨,对其各种运动状态进行了基于Craig D-H模型的运动学建模和分析.针对焊接机器人在过渡运动过程中存在连杆偏距和关节角变量的问题,提出了一种额外引入中间坐标系的正运动学求解方法.结果表明,机器人系统的结构设计和参数选择合理,系统运动学建模及求解正确.

摘要：针对箱型钢结构施工安装现场的环缝焊接问题,设计了一种直-弧组合轨道式焊接机器人系统。对该系统进行了基于标准D-H模型和Craig修正模型的运动学对比分析,总结了各模型的运动学建模和求解过程的区别及适用性。针对箱型钢结构环缝焊接的焊枪运动轨迹规划,提出综合轨迹规划法(CTPM)。该方法使机器人以最少的自由度在箱型钢结构环缝焊接时实现焊枪任意空间位姿调整功能,使得针对箱型钢结构直角焊接的轨迹规划更加简便高效。计算和仿真结果表明:所设计的机器人系统能够满足箱型钢结构环缝焊接的功能要求,综合轨迹规划法能够实现在箱型钢结构环缝焊接时对焊枪空间位姿的有效调整。

摘要：为研究外界约束、加载方式对充气柱弯曲性能的影响,设计了充气柱无约束三点弯曲、端板约束、端板约束及传力框、全封闭约束实验方案。通过实验和流固耦合非线性分析,分别研究了这4种方案下充气柱的承弯性能,并从充气柱变形特征、受力特点等角度分析各方案的差异。结果表明:无约束三点弯曲的承弯性能最差,端板约束方案的承弯性能有所提高,端板约束及传力框方案的承弯性能有显著提升,全封闭约束时承弯性能大幅提升。该研究为工程中提高充气柱的承弯能力提供了参考。

摘要：在稳压式变极性焊接电源的输出电流极性变换过程中,加载在绝缘栅双极型晶体管(IGBT)上的瞬间脉冲功率损耗可能会使IGBT结温发生突变,可能超过最高结温允许值,进而影响其安全工作。该文利用热-电等效的局部网络模型,导出了在电源给定输出电流和再燃弧电压等参数条件下的IGBT最高结温计算公式,并将计算结果与仿真结果进行对比,证明了导出公式的正确性。分析了主要运行参数对IGBT最高结温的影响,获得了在选定IGBT型号时将其结温控制在安全范围的约束条件,为变极性焊接电源二次逆变电路设计时合理选择IGBT器件和优化运行参数提供了参考。

摘要：针对相对封闭、磁干扰等特殊环境下传感器应用受限,导致爬壁机器人自主定位误差随时间累积的问题,该文提出并实现了一种基于外部RGB-D相机和惯性测量单元(inertial measurement unit, IMU)组合的爬壁机器人自主定位方法。该方法采用深度学习和核相关滤波(kernelized correlation filter, KCF)组合的目标跟踪方法进行初步位置定位;在此基础上,利用法向量方向投影的方法筛选出机器人外壳顶部的中心点,实现机器人定位中的位置定位。推导了机器人底盘法向量、横滚角与航向角的定量关系,设计了串联的扩展Kalman滤波器(extended Kalman filter, EKF)计算横滚角、俯仰角和航向角,实现机器人定位中的姿态估计。实验结果表明:该方法使爬壁机器人位置定位误差小于0.02 m,姿态估计的航向角和横滚角误差小于2.5°,俯仰角误差小于1.5°,有效地提高了爬壁机器人定位精度。