摘要：含有未驱动关节的自由漂浮空间机器人具有不可积分的速度和加速度约束，因而是一个二阶非完整系统．通过分析系统的动力学结构，本文设计了一种全新的基于速度控制的方法控制未驱动关节。

摘要：针对离散点域中夹具定位元件布局的优化设计问题,提出了带惩罚因子的弹簧接触模型,并将所有接触点的弹簧密度作为设计变量,采用拓扑优化算法优化夹具与工件系统的变形,并给出了实现所提方法优化夹具定位元件布局的具体实例.结果表明,该算法对二维和三维柔性夹具系统定位元件的布局优化都非常有效.

摘要：二氧化碳(Carbon dioxide,CO_(2))是大气中最主要的温室气体,具有大气本底浓度高而年变化量小的特点。因此,对其浓度进行高精度的监测是实现“双碳”目标的重要环节。本文基于连续波光腔衰荡光谱技术,搭建了一套探测灵敏度低至ppb的CO_(2)气体传感装置。系统中选取了中心波长为6251.760 cm-1的CO_(2)吸收线、设计了超高精细度(>300000)的石英玻璃型法布里-珀罗谐振腔和高性能的温度、压力控制模块。腔内气体的温度和压力在24 h的变化量分别小于0.07℃和15 Pa。Allan方差的结果显示,系统在303 s的最佳积分时间下,可获得0.7×10-12 cm-1的检测限,对应的CO_(2)最低可检测浓度为1.6 ppb。在较大的CO_(2)浓度范围内,系统响应的线性相关系数为0.99994。最后,系统以10 s的响应时间,对大气中的CO_(2)浓度进行了2天的连续观测,其结果与商用仪器(Picarro,G2401)的监测数据高度一致,排除人体呼气干扰后的相对偏差优于6‰。该系统具有结构简单、成本低、灵敏度极高的特点,在痕量气体监测领域将具有广阔的应用前景。

摘要：显微镜自动聚焦其核心问题在于聚焦函数的设计及选取,针对目前自动聚焦函数选取缺乏客观定量标准的问题,在分析聚焦函数曲线特征的基础上,设计了陡峭区宽度、清晰度比率、陡峭度、平缓区波动量、局部极值因子和灵敏度等6个定量评价指标,这些指标不仅能用于最优函数的选取,还可以为新的聚焦函数的设计提供理论依据。然后,以这些指标为依据,对目前已经提出的12种典型聚焦函数的性能进行了定量评估,评估过程考虑了图像内容多寡对聚焦函数性能的影响。最后以两阶段聚焦过程为例给出了最优函数:在粗聚焦阶段,方差函数为最优函数,在精细聚焦阶段,Brenner函数为最优函数。

摘要：3D打印技术使用增材制造方式能够作为传统减材制造方式的一个强有力补充,推动了设计和制造行业的快速发展.近年来,机器人学的迅速发展打破了传统3D打印机的局限性,使3D打印技术能够更灵活地应用在各行各业,因此该问题成为了机器人学和先进制造学科交叉的一项研究热点.本文以3D打印和机器人手臂运动规划的背景和基础出发,对近年来多自由度机器人3D打印研究进展进行了综述,详细阐述并分析了以下四个方面的研究进展:(1)无支撑打印;(2)快速打印和线框打印;(3)在已有物体上进行修复或者再制造的包裹打印;(4)为弥补传统3D打印方式无法打印大模型的缺陷而提出的使用机器人手臂打印大体积模型或大尺寸建筑模型研究.本文最后对目前研究中待解决的问题和可能发展的方向进行了讨论.

摘要：利用水平集函数建立了各向异性连续结构动态特性拓扑优化设计的理论模型,使用一种全新方法证明了物质导数公式,得到了域积分和边界积分泛函的物质导数表达式.通过将物质导数法和不等式约束增广Lagrangian乘子法相结合推出了各向异性材料结构动态特性拓扑优化设计敏度分析的公式.设计边界的进化是通过人为的使目标函数下降的速度来控制,高维水平集曲面在不改变其拓扑结构的前提下上下运动,从而使嵌入在零水平集的结构形状通过其边界的合并与断裂在设计域内自动地改变其拓扑结构.广泛的2D正交各向异性悬臂梁研究验证了该方法的有效性,其结论为进一步发展复合材料结构的拓扑优化设计理论与算法奠定了基础.

摘要：旋转超声加工是航空先进材料高效精密低损伤加工的有效方法。在传统的旋转超声加工中,刀具在高速旋转的同时沿着其轴线做超声频率的一维纵向振动。近年来,出现了旋转超声椭圆振动加工这种新型的旋转超声加工工艺,它利用刀具的二维椭圆振动代替传统的一维纵向振动,以进一步提高旋转超声加工的工艺性能。自旋转超声椭圆振动加工技术提出以来,国内外学者开展了大量的相关研究工作。本研究在简要概述旋转超声椭圆振动加工基本原理的基础上,从椭圆超声振动装备和工艺两个方面,总结旋转超声椭圆振动加工的国内外研究进展。在装备研究方面,阐述纵扭、纵弯和双弯等不同形式的椭圆振动产生方法;在工艺研究方面,讨论椭圆超声振动在磨料加工和切削加工等不同加工方法中的应用。基于旋转超声椭圆振动加工的发展现状,结合航空先进材料的加工需求,从加工机理研究、新材料工艺研究、椭圆轨迹稳定性、多自由度超声刀具设计等方面对未来发展趋势进行展望。