基于机器视觉的玉米头尾识别

为进行玉米棒头尾识别，课题组提出了一种基于机器视觉和机器学习的玉米头尾识别方法。该方法先对玉米图像进行分割，后对分割后图像提取其方向梯度直方图(histogram of oriented gradient, HOG)特征向量;并利用主成分分析法(principal component analysis, PCA)对特征向量进行降维，最后使用降维后的特征向量和交叉验证方法训练支持向量机(support vector machine, SVM)，最终实现对玉米的头尾识别。试验结果表明该方法的识别率为97.2%。该方法具有较高的可行性和准确率，可用于玉米的头尾识别。     

3D打印样品原位压缩下的结构观测

为观测同轴直书写3D打印样品在应力下的结构变化，课题组提出并使用可原位压缩的Micro CT设备对打印样品内部结构进行了三维成像表征和分析。基于直书写3D打印的基本概念，匹配合适的工艺参数，成功制备了具有空心结构且有复杂三维结构的同轴硅橡胶管道，并用Micro CT成功观测到同轴硅橡胶样品内部结构在不同应力下的变形情况。结果表明该表征方法在弹性压缩的条件下，可准确地对同轴打印样品内部结构及其变化进行成像分析。该分析方法有助于改善打印工艺参数，以获得具有更加优异性能的3D打印样品。     

基于CFD的不同搅拌组合多相流流场研究

针对在设计发酵搅拌设备过程中往往依赖经验判断传质混合效果以及能耗等的现状，课题组利用CFD技术对设计的4种搅拌模型进行气液两相流非稳态数值模拟。模拟采用了多面体网格划分物理模型以及滑移网格模型法求解，探究了其速度场、气相体积分数和功率耗损情况。结果表明：相同工况下，不同搅拌组合的流场特性差异较大；上桨采用径向流桨的搅拌组合形成的混合流场整体速度分布更均匀，能为釜内物质提供更佳的混合和传递效果；同时上桨和底桨采用6半圆叶圆盘涡轮桨的搅拌组合C气液分散性能更好；功耗方面，搅拌组合A>组合C>组合B>组合D。模拟结果及分析可为气液反应釜搅拌器的设计及优选提供重要的参考。     

移液器吸头自动送料机构设计与仿真

针对目前移液器装载机的欠缺，课题组设计了一种新型吸头自动装载系统。采用模块化的设计思想，设计了自动送料机构的3个模块：自动送料模块、输送模块以及装盒模块，实现了吸头的自动整理上料；采用解析法分析了凸轮的运动理论以及吸头的输送过程；采用ADAMS虚拟样机技术对自动送料和输送过程进行了仿真分析。仿真结果表明该吸头自动送料机构能够满足吸头自动装载的应用要求。该装置不但适用于移液器吸头的自动送料，对其他小零件送料也有一定的借鉴意义。     

升降装置多连杆机构设计

为实现升降装置升起时使其中的顶架杆达到期望位置，课题组提出了一种针对升降装置的多连杆机构。基于解析几何法对多连杆机构进行运动学描述；利用四连杆解析法对多连杆机构进行优化设计，建立了其顶架杆运动方程；在此基础上，依据MATLAB与SolidWorks，进行了运动学方程求解与建模仿真，将运动学方程求解与建模仿真进行对照。结果表明：该装置升起后，其顶架杆达到期望位置，验证了运动方程的正确性。多连杆机构解决了升降装置实现期望位置的问题。     

基于改进遗传算法的附加约束重调度策略

针对某柔性生产线上遇到机器故障、加工延时、插单、撤单等不能提前预知的意外情况而对生产线的初始调度方案产生干扰的问题，课题组研究了该柔性生产线的重调度问题，设计了一种改进的遗传算法，提高了算法的收敛速度。课题组采用矩阵编码方式使算法便于添加约束条件；设计了一种附加约束重调度方案，采用统一的决策方式，有效应对处理多种意外干扰；最后在MATLAB软件中进行了仿真模拟运算。实验和仿真结果表明：改进遗传算法收敛时间相比经典遗传算法减少了38%，且避免了输出局部极值。课题组提出的重调度方案可有效处理生产线的各种意外情况。     

基于响应面法的螺纹接头快速连接器分瓣内螺纹片优化设计

螺纹接头快速连接器在工作过程中，分瓣内螺纹片结构的变形会使O形圈密封端面间隙增大，降低连接器的密封性能。课题组提出了以减小分瓣内螺纹片的最大变形量和等效应力的同时最小化结构质量为优化目标的结构优化设计方法，通过拉丁超立方试验设计方法选取试验设计点，建立分瓣内螺纹片设计变量与质量、最大变形量和最大应力的二阶响应面模型；采用多目标遗传算法优化求解出Pareto最优解集，并通过设计变量灵敏度分析对最优解进行修约。结果表明：当结构质量仅增加6.16%时，结构最大变形量减小了35.75%，最大应力减小了29.7%。该设计方法以结构质量的微幅增大实现了最大变形量与应力的大幅减小，优化效果显著。     

基于有限体积应变能密度法的钎焊接头疲劳寿命研究

为了评估钎焊接头的疲劳寿命，课题组构建了不锈钢钎焊接头的疲劳寿命模型。首先通过拉伸实验和低周疲劳实验获得不锈钢钎焊接头的基本性能和疲劳数据，再运用基于缺口应力强度因子（notch stress intensity factor，NSIF）的有限体积应变能密度法，结合有限元和理论计算结果，并综合考虑钎焊后的残余应力来评估钎焊接头的疲劳寿命。有限元计算结果表明NSIF能够准确描述焊缝附近的残余应力，并且应变能密度对网格精度敏感性较低。最后将疲劳实验结果与计算得到的应变能密度相结合，搭建出总应变能密度和疲劳寿命关系模型，为不锈钢钎焊接头寿命评估提供了一种简单高效的方法。     

基于ADAMS的安全阀自动上料机械手运动学研究

针对目前安全阀离线校验阀体上料时，存在的效率低、空间要求高等问题，课题组提出了一种安全阀自动上料机械手，并根据安全阀离线校验的工况需求，在SolidWorks软件中建立了该机械手的三维模型。为了更好地制定运动控制方案及制造物理样机，课题组对该机械手进行运动学研究：采用D H法建立了机械手的运动学方程，并基于ADAMS软件对机械手整体上料过程进行了运动学仿真分析，得到了机械手在上料过程中的位移、速度和加速度等运动特性曲线。研究结果表明：所有运动特性曲线变化平稳，无突变现象，验证了该自动上料机械手物理样机制造的可行性，提高了安全阀离线校验效率。     

小剂量灌装机理瓶机构优化设计

针对目前小剂量灌装机的人工上料存在效率低下、安全卫生不达标等问题，课题组提出一种基于四杆机构的理瓶机构方案。运用解析法对理料机构进行了结构分析，针对四杆机构特性创建平面简图，采用解析法针对其运行过程中的运动学理论进行分析计算；采用ADAMS软件对目标机构进行建模与仿真分析，并以四杆机构曲柄、连杆、摇杆长度为设计变量，以压力角最小为目标，各杆件之间相互关系为约束条件，进行优化设计得到最优解，使压力角减少了19.6%。优化设计有效解决了原灌装机全自动理料效率低的问题，并通过ADAMS软件对目标机构的优化设计进一步提升了传动效率。