矩形大口径近红外激光光束质量评价光机系统设计
这是一篇关于激光器,光束质量,自适应光学,光学设计,机械结构设计的论文, 主要内容为自激光器诞生以来,在军事、航天、社会等多领域越来越受关注。激光光束质量是评价激光器性能的重要指标之一,自适应光学技术对激光光束质量提高和改善起着关键作用,光束质量改善程度的准确评价对激光技术发展有着十分重要的意义。板条状增益介质的结构特性使激光器输出光束呈矩形状,需要实现对矩形口径激光束的多参数测量与评价,包括波前、光束质量和均匀度等。同时,由于固体板条激光器功率提升,导致其输出口径不断增大,使得激光光束质量评价系统的设计难度不断增加,难点在于满足共轭成像、无热化、小体积的需求下,实现大口径、多参数的测量与评价。基于上述问题,本文针对矩形大口径近红外激光光束质量评价系统开展研究,主要工作如下:(1)对现有光束质量评价系统及方法进行总结和分析,研究分析固体板条激光器输出光束的特性,为方案制定提供支撑。通过分析典型的望远光学系统,结合开普勒系统共轭成像原理,确定采用大倍率光束压缩的技术方法,结合非球面技术,满足大口径、小体积设计要求;进一步采用共口径、多通道分光的探测方案,实现多参数的测量。(2)对光学系统的技术指标进行设计与分析,结合像差理论及摄远成像理论,分析、计算、确定各探测单元的初始结构参数。利用光学设计软件对初始结构参数进行优化,并进行无热化设计,获得矩形大口径近红外激光光束质量评价光学系统模型,对其成像质量进行优化与分析。最后采用蒙特卡罗法进行公差分析,分析加工和装调误差对系统像质的影响。(3)对评价系统的主框架和各子单元进行机械结构设计。采用有限元分析的方法,分析计算光学系统和机械结构因重力和温度产生的形变对光学系统像质的影响。仿真结构表明:重力载荷下,系统形变较小,成像质量几乎不受影响。重力和温度综合载荷下,系统的波像差PV值优于0.23λ,满足工程应用要求。(4)对矩形大口径近红外激光光束质量评价系统测试平台进行搭建,验证评价系统设计方案的可行性与稳定性。实验结果表明,系统在20±10℃温度范围内具有良好的稳定性,系统波前像差的PV值、RMS值,光束质量β因子和均匀性最大变动量分别为:PV=0.022μm、RMS=0.012μm,Δβ=0.058倍衍射极限,9)=0.098。符合光电仪器紧凑型、轻量化的发展趋势,对光束质量评价系统多参数探测、轻小型化设计具有一定的借鉴意义。
仿生机器鱼建模与控制系统设计
这是一篇关于仿生机器鱼,机械结构设计,运动学,动力学,控制系统设计的论文, 主要内容为鱼类经过长期的物种选择,一直是水下环境中数量最大的动物族群,其原因之一就是其良好的推进性能,能够捕食猎物以及躲避大部分天敌。相比于大多数水下推进器包括螺旋桨式、喷射式等灵活性差、推进效率低的推进器,仿生机器鱼凭借其优异的性能吸引越来越多研究人员的注意。本文以游动能力显著的鲹科鱼类为原型设计了一种四关节仿生机器鱼,主要内容如下:(1)通过对比分析各种鱼类推进机理,选定鲹科加新月形尾鳍模式为机器鱼推进模式,在此基础上设计了仿生机器鱼的四关节机械结构,并基于鱼体波曲线拟合的思想采用遗传算法对机械结构进行优化设计得到柔性鱼体部分最优关节比例,经仿真验证,在相同运动参数情况下,提高了推进速度。(2)在四关节仿生机器鱼机械结构基础上,根据鲹科鱼类鱼体波动以及尾鳍复合运动的推进机理建立了机器鱼运动学模型以及动力学模型并通过ADAMS仿真软件仿真,分析了机器鱼模型的运动参数对机器鱼运动的影响。(3)在仿生机器鱼机械结构、运动学模型与动力学模型基础上设计机器鱼控制系统。控制系统硬件部分通过采用模块化的设计思想分别对运动执行模块、无线通讯模块、供电模块、感知模块进行设计与介绍;软件部分在硬件设计的基础上通过编程实现硬件模块的驱动、仿生机器鱼与上位机的无线通讯、基础运动控制以及基于红外传感器的避障控制。通过控制系统的设计与实现,表明了仿生机器鱼的机械结构、运动学与动力学模型的有效性,通过控制机器鱼模型的运动参数即可实现机器鱼的运动控制。
某产线中转线工程设计与运动稳定性分析
这是一篇关于军工生产,机械结构设计,运动稳定性,图像识别,MES信息化系统的论文, 主要内容为在军工品制造业中,企业目前仍采用人工参与生产的方式进行产品制造,存在产品质量不稳定、人身安全得不到保障等问题。本文针对某弹体自动化装配生产线中转线工程进行设计并对其中危险系数较高的运动过程进行运动稳定性分析,实现“机代替人”、“无人生产”的目标。主要研究内容如下:(1)从用途、厂家、性质等多角度对常见的工业机器人与输送线进行对比分析,选定适用于本自动化生产线中转线工程的转线机器人与输送线,使产线总体自动化、智能化。(2)基于Solidworks三维建模软件对某弹体转线工程中弹体装配过程中的药面涂胶工位、弹尾拧紧工位及底火安装工位进行专机的机械结构设计,排除了过去弹体生产中涂胶工位、弹尾拧紧工位及底火安装工位需要人工参与造成的不良影响。(3)基于ADAMS仿真软件对转线工程中危险系数较高的弹体转线过程、弹体顶升旋转过程、弹尾拧紧过程及底火拧入过程进行运动仿真与运动稳定性分析,通过输出的位移、速度、加速度变化曲线,判断以上四种运动过程是否具备运动稳定性,确保生产过程安全可靠。(4)基于Python+Open CV+Tensorflow编译一套用于弹体喷码识别与药面涂胶结果识别的图像识别系统,降低了加工产品质量的不稳定性。提出一种以Vue为框架、Echarts为可视化图表库作为前端,Go语言+Java组成的微服务为后端的前后端分离式MES信息化系统开发方案,实现炮弹物流及生产数据的可视化。
矩形大口径近红外激光光束质量评价光机系统设计
这是一篇关于激光器,光束质量,自适应光学,光学设计,机械结构设计的论文, 主要内容为自激光器诞生以来,在军事、航天、社会等多领域越来越受关注。激光光束质量是评价激光器性能的重要指标之一,自适应光学技术对激光光束质量提高和改善起着关键作用,光束质量改善程度的准确评价对激光技术发展有着十分重要的意义。板条状增益介质的结构特性使激光器输出光束呈矩形状,需要实现对矩形口径激光束的多参数测量与评价,包括波前、光束质量和均匀度等。同时,由于固体板条激光器功率提升,导致其输出口径不断增大,使得激光光束质量评价系统的设计难度不断增加,难点在于满足共轭成像、无热化、小体积的需求下,实现大口径、多参数的测量与评价。基于上述问题,本文针对矩形大口径近红外激光光束质量评价系统开展研究,主要工作如下:(1)对现有光束质量评价系统及方法进行总结和分析,研究分析固体板条激光器输出光束的特性,为方案制定提供支撑。通过分析典型的望远光学系统,结合开普勒系统共轭成像原理,确定采用大倍率光束压缩的技术方法,结合非球面技术,满足大口径、小体积设计要求;进一步采用共口径、多通道分光的探测方案,实现多参数的测量。(2)对光学系统的技术指标进行设计与分析,结合像差理论及摄远成像理论,分析、计算、确定各探测单元的初始结构参数。利用光学设计软件对初始结构参数进行优化,并进行无热化设计,获得矩形大口径近红外激光光束质量评价光学系统模型,对其成像质量进行优化与分析。最后采用蒙特卡罗法进行公差分析,分析加工和装调误差对系统像质的影响。(3)对评价系统的主框架和各子单元进行机械结构设计。采用有限元分析的方法,分析计算光学系统和机械结构因重力和温度产生的形变对光学系统像质的影响。仿真结构表明:重力载荷下,系统形变较小,成像质量几乎不受影响。重力和温度综合载荷下,系统的波像差PV值优于0.23λ,满足工程应用要求。(4)对矩形大口径近红外激光光束质量评价系统测试平台进行搭建,验证评价系统设计方案的可行性与稳定性。实验结果表明,系统在20±10℃温度范围内具有良好的稳定性,系统波前像差的PV值、RMS值,光束质量β因子和均匀性最大变动量分别为:PV=0.022μm、RMS=0.012μm,Δβ=0.058倍衍射极限,9)=0.098。符合光电仪器紧凑型、轻量化的发展趋势,对光束质量评价系统多参数探测、轻小型化设计具有一定的借鉴意义。
管件相贯线自动焊接系统设计开发研究
这是一篇关于相贯线焊接,机械结构设计,控制系统设计,轨迹跟踪,Grasshopper的论文, 主要内容为在机械制造业中,焊接是很重要的一种加工工艺。在人工成本逐年提高、机器人应用日益广泛的今天,机器人焊接已较为普遍。然而,对于空间曲线轨迹的焊接而言,其轨迹跟踪的位姿计算难度较大,精确度不高。本文提出了一种四自由度的管件相贯线焊接机器人设计方案,开发了基于焊接件三维模型进行焊接路径数据提取、工件位姿变化和各自由度速度计算的程序,完成了其机械系统设计、控制系统设计,通过仿真模拟和样机测试,验证了轨迹路径跟踪的可靠性和正确性,达到了预期的设计目标。论文的主要研究内容如下:(1)提出了由两自由度移动机构组成的焊枪姿态不变仅位置变化的焊枪移动系统和两自由度旋转机构组成的工件位姿变化系统配合运动的机械系统总体方案,拟定了焊枪移动和工件位姿变化相配合的总体控制逻辑。(2)建立了相贯线焊接轨迹规划数学模型,给出了焊枪移动和工件转动的计算方法和焊接均匀速度计算方法;使用Rhinoceros提供的Grasshopper图形化的算法编辑器,编制了提取轨迹数据、焊枪X向和Z向位移计算、工件两自由度的转角计算、各自由度速度计算及运动模拟的程序,输出了相应的数据。(3)以直线模组为移动单元,设计了焊枪移动系统的机械结构,采用电机直接驱动旋转轴相互垂直的双框架结构作为工件位姿变换系统,完成了机械系统的总体结构设计;设计了控制系统总体架构和硬件接线图,依据PID控制算法编写了控制系统程序。(4)搭建了小尺寸的测试样机,完成了样机的轨迹跟踪仿真模拟,输出了各电机的速度曲线和理论焊接速度曲线,验证了本文设计的机械系统、控制系统和所编制的程序的正确性。论文的研究表明,采用两移动两旋转的机械系统可以进行管件相贯线的自动焊接,论文所设计的控制系统及编写软件能准确跟踪焊缝并且保持所需要的焊接位姿,各自由度的速度相互配合可以保证实际焊接速度的均匀性。
仿生机器鱼建模与控制系统设计
这是一篇关于仿生机器鱼,机械结构设计,运动学,动力学,控制系统设计的论文, 主要内容为鱼类经过长期的物种选择,一直是水下环境中数量最大的动物族群,其原因之一就是其良好的推进性能,能够捕食猎物以及躲避大部分天敌。相比于大多数水下推进器包括螺旋桨式、喷射式等灵活性差、推进效率低的推进器,仿生机器鱼凭借其优异的性能吸引越来越多研究人员的注意。本文以游动能力显著的鲹科鱼类为原型设计了一种四关节仿生机器鱼,主要内容如下:(1)通过对比分析各种鱼类推进机理,选定鲹科加新月形尾鳍模式为机器鱼推进模式,在此基础上设计了仿生机器鱼的四关节机械结构,并基于鱼体波曲线拟合的思想采用遗传算法对机械结构进行优化设计得到柔性鱼体部分最优关节比例,经仿真验证,在相同运动参数情况下,提高了推进速度。(2)在四关节仿生机器鱼机械结构基础上,根据鲹科鱼类鱼体波动以及尾鳍复合运动的推进机理建立了机器鱼运动学模型以及动力学模型并通过ADAMS仿真软件仿真,分析了机器鱼模型的运动参数对机器鱼运动的影响。(3)在仿生机器鱼机械结构、运动学模型与动力学模型基础上设计机器鱼控制系统。控制系统硬件部分通过采用模块化的设计思想分别对运动执行模块、无线通讯模块、供电模块、感知模块进行设计与介绍;软件部分在硬件设计的基础上通过编程实现硬件模块的驱动、仿生机器鱼与上位机的无线通讯、基础运动控制以及基于红外传感器的避障控制。通过控制系统的设计与实现,表明了仿生机器鱼的机械结构、运动学与动力学模型的有效性,通过控制机器鱼模型的运动参数即可实现机器鱼的运动控制。
某产线中转线工程设计与运动稳定性分析
这是一篇关于军工生产,机械结构设计,运动稳定性,图像识别,MES信息化系统的论文, 主要内容为在军工品制造业中,企业目前仍采用人工参与生产的方式进行产品制造,存在产品质量不稳定、人身安全得不到保障等问题。本文针对某弹体自动化装配生产线中转线工程进行设计并对其中危险系数较高的运动过程进行运动稳定性分析,实现“机代替人”、“无人生产”的目标。主要研究内容如下:(1)从用途、厂家、性质等多角度对常见的工业机器人与输送线进行对比分析,选定适用于本自动化生产线中转线工程的转线机器人与输送线,使产线总体自动化、智能化。(2)基于Solidworks三维建模软件对某弹体转线工程中弹体装配过程中的药面涂胶工位、弹尾拧紧工位及底火安装工位进行专机的机械结构设计,排除了过去弹体生产中涂胶工位、弹尾拧紧工位及底火安装工位需要人工参与造成的不良影响。(3)基于ADAMS仿真软件对转线工程中危险系数较高的弹体转线过程、弹体顶升旋转过程、弹尾拧紧过程及底火拧入过程进行运动仿真与运动稳定性分析,通过输出的位移、速度、加速度变化曲线,判断以上四种运动过程是否具备运动稳定性,确保生产过程安全可靠。(4)基于Python+Open CV+Tensorflow编译一套用于弹体喷码识别与药面涂胶结果识别的图像识别系统,降低了加工产品质量的不稳定性。提出一种以Vue为框架、Echarts为可视化图表库作为前端,Go语言+Java组成的微服务为后端的前后端分离式MES信息化系统开发方案,实现炮弹物流及生产数据的可视化。
某产线中转线工程设计与运动稳定性分析
这是一篇关于军工生产,机械结构设计,运动稳定性,图像识别,MES信息化系统的论文, 主要内容为在军工品制造业中,企业目前仍采用人工参与生产的方式进行产品制造,存在产品质量不稳定、人身安全得不到保障等问题。本文针对某弹体自动化装配生产线中转线工程进行设计并对其中危险系数较高的运动过程进行运动稳定性分析,实现“机代替人”、“无人生产”的目标。主要研究内容如下:(1)从用途、厂家、性质等多角度对常见的工业机器人与输送线进行对比分析,选定适用于本自动化生产线中转线工程的转线机器人与输送线,使产线总体自动化、智能化。(2)基于Solidworks三维建模软件对某弹体转线工程中弹体装配过程中的药面涂胶工位、弹尾拧紧工位及底火安装工位进行专机的机械结构设计,排除了过去弹体生产中涂胶工位、弹尾拧紧工位及底火安装工位需要人工参与造成的不良影响。(3)基于ADAMS仿真软件对转线工程中危险系数较高的弹体转线过程、弹体顶升旋转过程、弹尾拧紧过程及底火拧入过程进行运动仿真与运动稳定性分析,通过输出的位移、速度、加速度变化曲线,判断以上四种运动过程是否具备运动稳定性,确保生产过程安全可靠。(4)基于Python+Open CV+Tensorflow编译一套用于弹体喷码识别与药面涂胶结果识别的图像识别系统,降低了加工产品质量的不稳定性。提出一种以Vue为框架、Echarts为可视化图表库作为前端,Go语言+Java组成的微服务为后端的前后端分离式MES信息化系统开发方案,实现炮弹物流及生产数据的可视化。
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