关键词： 劳动力转移   农业机械化   湖南   发展路径  

摘要： 农村劳动力转移是缩小城乡差距,提高农民收入、推动农业现代化机械化的关键。在推动农业机械化的过程中,由于提高了农业劳动的生产效率,进而释放了更多的农村劳动力。因此农村劳动力转移对于农业机械化的影响一直都是学界关注的重点。农村劳动力转移对农业机械化发展具有一定的积极作用,但是也存在一定的负面作用。因此研究农村劳动力转移背景下湖南农业机械化的发展,对于梳理两者之间的关系,进而推动农业机械化的发展具有重要的意义。随着社会经济的发展,湖南的农村人口逐渐向城镇转移,成为农村劳动力的净流出大省,本研究正是在这样的背景下展开的。本研究首先分析了当前湖南省当前农村剩余劳动力的转移状况,并探讨了当前劳动力转移出现四个方面的特征,主要表现在:高学历人数增长较快、跨省的异地转移特征明显,外出就业开始向中西部转移、收入增长明显、举家外出趋势明显,回流现象增多四个方面。随后探讨了农村劳动力转移对农业机械化的影响,分析了农村劳动力转移的背景下,当前湖南农业机械化发展的现状,主要表现在五个方面:一是农机装备总量成倍增长、结构逐步优化;二是农机作业水平大幅提升,突破若干瓶颈;三是农机合作组织蓬勃发展,正在走向规范;四是农机科技与推广成效显著;五是农机制造业再现辉煌,尚待精心培育。在这个研究的基础上,分析了劳动力的过度转移使得湖南省农业机械化发展存在的一些问题,主要表现:一是过度鼓励农业劳动力转移不利于农业机械化发展;二是农业机械化发展中缺乏高素质劳动力;三是农业机械化发展的资金难以筹集;四是劳动力转移不利于农业机械基础设施旳管理维护;五是农业机械科技创新能力弱,难以符合农村的劳动力需求;六是农业机械服务人才队伍体系有待完善。在对存在问题分析的基础上,从政府要推动合理、有序、适度的劳动力转移、改善农村创业环境,吸引外出务工人员回流、加强农村基础设施建设,完善农业机械化的配套设施、加强农村基础教育、加强农机从业人员教育与培训五个方面提出了发展路径。

摘要： 2014年1月原机械与材料学院更名为机械与动力学院,学院现设有机械设计制造及其自动化、机械电子工程、材料成型及控制工程、工业工程、能源与动力工程、核工程与核技术六个本科专业,其中机械技术制造及其自动化为国家特色专业、第二批卓越工程师教育培养计划专业和省本科品牌专业,材料成型及控制工程为第三批卓越工程师教育培养计划专业。

关键词： 非完整动力学   非完整约束   非完整轮式机械臂   高斯最小拘束原理   伺服控制  

摘要： 随着科学技术的进步和社会的发展,机器人技术作为一门多学科融合的技术,在各个领域得到广泛使用。机器人的技术与发展,影响着社会与生活,机械手臂操作精确,而轮式机器人则反应迅速、运动速度快。对将轮式机器人与机械手臂结合的非完整轮式机械臂系统进行研究对于人类生活与社会发展具有重要的意义。如何实现最完美的人机结合,实现对于机器人的设计与控制,使机器人能更方便的为人类所利用,完成更多高精度、高要求的工作,更好的适应目前发展的要求,成为本文的研究重点。本文以非完整轮式机械臂为主要研究对象,寻找最优的动力学分析方法与最优的机械臂轨迹控制方法,主要研究结果如下:(1)运用传统的Routh方程对非完整轮式机械臂系统进行动力学建模,通过Matlab模拟仿真,分析出运用Routh方程在对非完整轮式机械臂模拟时存在不足,约束方程出现违约现象。(2)采用基于高斯最小拘束原理的准坐标方法对非完整轮式机械臂系统进行动力学建模与分析,运用Matlab进行仿真模拟,并与运用Routh方程的模拟仿真结果对比,两种方法都可以模拟出模型的运动,准坐标方法没有出现违约,而运用Routh方程约束方程存在误差,随着仿真时间增加,基于Routh方程的机械臂轨迹与实际情况对比会出现偏差,得出基于高斯原理的准坐标形式的非完整系统动力学方程是更适合非完整动力学分析的方法。(3)基于高斯原理,将理想系统动力学问题的广义约束力和广义加速度解耦,从而得到针对非完整系统的一种不同于传统控制方法的伺服控制方法,根据该方法,将控制目标作为约束条件来处理,从而可通过解耦的约束力来确定可控力。(4)采用基于高斯原理的非完整系统伺服控制方法对非完整轮式机械臂进行伺服控制,实现了对非完整轮式机械臂的目标轨迹控制,并与传统的基于S函数的PD控制方法进行对比,得出基于高斯原理的非完整系统伺服控制方法是更加准确迅速的机械臂轨迹控制方法。

关键词： 多关节工业机械臂   动力学   参数辨识   前馈控制  

摘要： 多关节工业机械臂的应用范围不断拓展，在现代化工业体系中越来越发挥着举足轻重的作用。与此同时，机械臂技术向着高速高精度、智能高效协作控制以及模块化等方向不断发展，对其动力学性能提出的要求也越来越高。多关节工业机械臂是一个强耦合的多输入输出的复杂系统，在其高速运行过程中，机械臂本体以及末端负载的惯性效应等诸多因素影响其动力学性能，从而导致其运动响应偏离预期的运动控制，机械臂的跟踪与定位精度误差增大，增加了机械臂的控制难度。因此，深入研究并掌握多关节工业机械臂的动力学特性以及基于动力学模型的控制技术，可望进一步改善机械臂的控制性能，具有重要的意义。为此，本文围绕多关节工业机械臂的动力学参数辨识和基于动力学参数辨识的前馈控制方法等进行系统研究,重点开展了多关节机械臂的运动学和动力学建模、动力学最小参数集求解、动力学参数辨识方法研究及其仿真验证、基于动力学模型的力矩前馈控制等技术的研究工作。　　首先，本文总结分析了当前机械臂的运动学和动力学建模的常用方法，选用MDH方法建立了机械臂的运动学模型，基于Newton-Euler方法建立了其动力学模型，分析了动力学模型非线性特征，并对其动力学方程进行了线性化处理，提出利用随机数模拟运动学参数求解机械臂最小动力学参数集的方法，并利用RoboticsToolbox对动力学模型和最小动力学参数集进行了验证。　　接着分析了辨识激励轨迹的设计和优化方法，采用基于有限项傅里叶级数设计了激励轨迹，引入量子遗传算法进行轨迹优化，并将机械臂最小动力学参数集的回归矩阵的条件值作为轨迹优化目标函数，得到了较为理想的辨识激励轨迹。　　然后基于优化的辨识激励轨迹，采用最小二乘法计算动力学参数，借助ADAMS软件平台进行了动力学参数辨识的仿真实验，并交叉验证了机械臂动力学模型参数辨识方法的可行性，也进一步说明了所建动力学模型和最小动力学参数集求解的正确性。　　最后将机械臂动力学模型和其控制相结合起来，对基于机械臂动力学模型的前馈控制技术进行了研究，进一步改善了机械臂的动力学响应。基于ADAMS和MATLAB/Simulink搭建了该前馈控制的联合仿真实验平台，并对机械臂进行了前馈控制的仿真与验证，结果表明基于动力学辨识参数的前馈控制技术有利于提高关节力矩跟踪精度，改善机械臂的动态响应。

关键词： 农业机械化   农业劳动力转移   实证分析  

摘要： 农业劳动力转移是促进当前农业向现代化发展的重要方式之一,将农业劳动力由农业转移到非农领域,有利于促进城市化的发展,提高农民的收入,使农民生活更加富裕,农村更加稳定。在促进农业劳动力转移的过程中,农业机械化的发展起到了非常重要的作用,农业机械的应用解放了农村的劳动力,有利于其转移到非农行业就业。文章首先阐述本文研究的背景及意义,对国内外相关文献进行了梳理,阐明了理论基础和相关概念、研究方法及内容、可能的创新点和不足。然后结合烟台市市情,对烟台市农业机械化发展历程、现状、农业劳动力转移进程和影响因素进行梳理和分析,奠定文章的研究基础,为实证分析提供依据。再是通过理论分析提出本文的研究假设,通过实证分析验证结论,并针对研究结论提出可行性建议。本文根据烟台市市区以及其他8个地级市2005年到2018年统计年鉴数据,以农业劳动力转移人数为因变量,农用拖拉机数量为自变量,选取人均生产总值、家庭人均工资性收入、人均播种面积、作物总产量、政府支出作为本文研究的控制变量,构建多元回归模型来分析农业机械化发展对农业劳动力转移的影响。通过实证分析,研究发现:(1)农业机械化的发展、农业机械的引用会促进农业劳动力由农业向非农行业转移;(2)农业机械化发展对农业劳动力转移在性别方面影响程度不同,对男性的影响大于女性;(3)由于不同地区地理因素的差异,在农业机械的应用下,烟台市内陆地区的农业劳动力转移效果高于沿海地区。基于本文所进行的一些实证分析,本文对烟台市相关农业部门提出指导性建议,意在进一步提高烟台市农业机械的科技水平,促进烟台市农业现代化发展,为进一步提高产业综合实力、促进产业优化升级做好铺垫。

关键词： 星载机械臂   Lagrange第二方程   碰撞   动力学  

摘要： 在未来的空间活动中,需要完成大量的空间作业,空间机械臂将发挥重要作用。星载机械臂是一类搭载于小型人造天体上的机械臂,相比于大型机械臂,具有燃料消耗低、使用寿命长和运行成本低等优点。因此,研究星载机械臂的动力学及相关的碰撞稳定性问题具有重要的理论与实践意义。对于星载机械臂的动力学问题,最常用的方法是利用Lagrange第二方程建立动力学模型。本文首先利用Lagrange第二方程推导了一般星载机械臂系统的动力学模型。然后针对星载两自由度机械臂系统,分别在ADAMS软件和MATLAB软件中建立了相应的动力学仿真模型。两者的仿真结果对比验证了动力学模型的正确性。碰撞问题广泛存在于生产生活实际当中,一直是工程应用研究中的一个重要问题,对于星载机械臂系统同样如此。本文借助ADAMS动力学仿真软件,从工程试验的角度出发,研究星载机械臂系统的末端碰撞特性。在软件中建立星载机械臂系统的虚拟样机,利用控制变量法,模拟碰撞过程,然后利用MATLAB对实验数据进行处理分析,为星载机械臂系统在实际应用中的碰撞问题提供参考。星载机械臂系统在作业过程中会受到外力作用而发生运动状态改变,为了系统的稳定运行,需要在系统设计时考虑到系统的稳定性问题。本文在两种典型的情况下讨论了星载机械臂系统在外力作用下的稳定性问题。在关节锁死的情况下,运用理论力学中有关刚体理论,给出一种和系统质心相关的外力作用的理论模型,在此基础上给出角位移最小的末端外力作用角度。在关节不受控的情况下,建立了包含关节处阻尼抑制的动力学模型,根据实际需要和预期的精度要求,选择合适的评价指标,确定合适阻尼系数,使得碰撞对基座的影响降到最小。

关键词： 机械臂   并联机构   动力学建模   Lagrange方程   解耦机构  

摘要： 随着我国科技的飞速发展,机械臂越来越多的进入工业领域,成为替代人类进行高强度劳动的工具之一。而并联机械臂机构因为其结构简单、控制简便得到更多企业的青睐,其中的少自由度并联机构以轻便灵活、工作空间大等优点已在食品加工、汽车检测、航空航天等行业获得广泛应用。5自由度并联机械臂是少自由度并联机构中性能尤为突出的一类,它比3、4自由度并联机械臂更加灵巧,比6自由度并联机械臂结构简单、控制简便,在一些复杂的环境下如曲面打磨、轮齿齿廓加工等方面有着良好的应用前景,但并联机械臂的解耦性普遍较差,会导致机构的运动学、动力学方程会更加复杂,增加了控制的难度,因此进一步提高并联机械臂的解耦性具有很重要意义。在这样的背景下,提出一种双闭环5-DOF机械臂,该机械臂在(（2‐UPS）+U)PU构型的基础上增加闭环结构得到新的拓扑构型2‐UPS+(（2‐UPS）+U)PU,闭环结构的引入使得机构获得更高的承载能力且为拓扑新的构型提供新思路。首先,应用矢量链法,建立了机构的位置模型;推导了支链驱动速度、支链摆动角速度与运动平台广义速度V_o的映射,建立了机构的独立变量（5）q与运动平台广义速度V_o之间的解耦矩阵。其次,建立机构支链中的摆动杆、伸缩杆质心速度与运动平台广义速度V_o之间映射关系,根据虚功原理,建立机构的动力学模型。再次,运用ADAMS虚拟仿真软件对机构进行仿真分析,建立该机构的虚拟样机模型,通过仿真验证了推导的动力学模型的正确性。最后,计算了机构的耦合度,分析了机构输入输出关联关系与解耦性。对样机进行优化设计并制造装配出样机实物。

关键词： 踝关节骨折   机械动力牵拉法   功能锻炼   术后康复  

摘要： 踝关节是人体的主要负重关节,也是日常生活中最容易受伤的关节之一,其骨折发生率约占全身性骨折的3.92%。踝关节需要良好的稳定性及灵活性以保证其承重功能和步行功能,距骨和踝穴的高度匹配是踝关节负重的基础。临床上,对于不稳定的踝关节骨折通常采用手术的方式来恢复踝关节的匹配关系,达到解剖结构的精确复位,手术的目的是稳定骨折断端,为早期进行功能康复锻炼提供条件,在临床上许多术后解剖关系恢复良好的踝关节骨折仍然存在功能障碍,其原因可能与术后康复的时机及不当的康复方法密切相关。超过10%的踝关节骨折术后患者,由于各种术后并发症的发生导致踝关节功能障碍,其原因是由于骨折局部炎性物质的渗出及炎性反应引起局部肿胀、疼痛等问题,而且外科手术也是一种创伤性干预手段,加剧了软组织的破坏和局部的炎症反应,后期由于肌肉、韧带等软组织的瘢痕粘连,会导致关节的僵硬,影响患者的关节功能活动。中医认为,肢体功能障碍是由于局部经脉瘀阻、气血不畅导致病变局部气血瘀滞,筋脉失养,阴阳失衡。踝关节骨折术后,由于患者长期制动会导致肌肉、肌腱等局部软组织血液循环障碍,引起骨折局部肌肉变硬,张力增加,使关节活动的阻力增大,制动与废用可引起踝关节功能障碍。随着现代康复医学的发展,各种类型和功能的足踝支具已广泛应用于临床实践。常见的踝关节矫形包括带踝关节的塑性矫形器、金属带状踝矫形器、软性踝矫形器等,都可以用于踝关节扭伤、踝部骨折的术后康复锻炼治疗等,它们均具有出色的生物力学性能和个性化设计,可以有效地固定和保护患肢,并纠正和预防踝关节的畸形。然而,传统的足踝支具刺激骨折端的作用力是不可调控的,如果作用力太大,可能会破坏成骨细胞增殖,不利于骨折的愈合。如果作用力太小,不能形成牵拉挛缩的肌腱、肌肉和韧带等软组织的作用力。踝关节骨折术后传统人工训练康复方案依赖人工手法耗时费力,借助仪器设备的康复训练投入较大且因仪器较笨重使用不方便,而且人工手法康复医疗资源明显不足。目前临床上康复的模式多为患者定期来医院就诊,每周固定时间段行康复锻炼,一旦患者离开医院后患者自主家庭康复缺乏专业的指导且家庭一般没有康复医疗的专业设备,患者脱离医院环境实现家庭自主康复有一定难度。基于此,为了精确调控作用于患肢康复锻炼的作用力,使踝关节骨折术后患者能够及时、安全地进行负重、行走、功能锻炼,应用一种机械动力牵拉法不失为一种行之有效的康复治疗方法,值得临床研究探索。目的:比较机械动力牵拉法结合功能锻炼和单纯功能锻炼对踝关节骨折术后功能康复的治疗效果,验证机械动力牵拉法的安全性与有效性,以期为临床治疗踝关节骨折术后功能障碍提供治疗方案。方法:选取在望京医院2017年10月至2019年10月收治的踝关节骨折患者68例,每组34个病例,采用随机数字法将患者分为治疗组和对照组,治疗组术后采用机械动力牵拉法结合功能锻炼,对照组单纯进行功能锻炼治疗,术后对患者进行随访,内容包括疼痛VAS评分、踝关节肿胀、踝关节屈伸活动度评分、AOFAS评分,并进行统计学分析,评价其疗效。结果:1:治疗组与对照组均获得6个月的随访,两组患者的性别、年龄、病程、患侧分布、手术方式、健侧周径及骨折分型上等一般资料,经统计学进行分析,差异均无统计学意义(P>0.05),具有可比性。2:治疗前,两组患者的术前VAS疼痛评分通过t检验,P大于0.05,差异无统计学意义,表明两组之间具有可比性。治疗后,两组患者在术后2周、1月踝关节骨折术后VAS疼痛评分通过t检验,P均大于0.05,差异无统计学意义。两组患者术后3月及6月踝关节骨折术后VAS疼痛评分比较,经t检验,P均小于0.05,表明两组间差异有统计学意义。3:治疗前,两组患者的背伸角度和跖屈角度,经t检验进行分析,差异无统计学意义(P>0.05),表明两组之间具有可比性。治疗后,两组患者术后2周、1月、3月及6月踝关节背伸角度和跖屈角度,经t检验进行分析,P均小于0.05,表明治疗组能有效的改善踝关节背伸角度和跖屈角度,差异具有统计学意义。4:治疗前两组患者的术后肿胀度,经t检验进行分析,差异无统计学意义(P>0.05),表明两组之间具有可比性。治疗后两组患者术后2周、1月、3月及6月踝关节骨折术后肿胀度比较,经t检验进行分析,P均>0.05,表明两组间差异无统计学意义。5:两组患者在术后1月、3月及6月的评定标准的分项的得分方面,其中在疼痛、功能和自主活动、支撑情况、最大步行距离(街区)、地面步行、后足活动(内翻加外翻)、足部对线,经t检验,P>0.05,差异无统计学意义,其中在异常步态、前后活动(屈/伸),经t检验,治疗组明显优于对照组(P<0.05),具有统计学意义;两组患者在术后6月AOFAS评分优良情况,经秩和检验分析,治疗组优良率为94.11%;对照组优良率为61.76%,P<0.05

关键词： 陶瓷3D打印   动力学分析   振动试验   设计与仿真  

摘要： 陶瓷3D打印使陶瓷产品的生产成本得到降低,生产效率得以提高,极大的推广了陶瓷制品在个性化、独特化的定制市场发展,并且极大的推广了陶瓷材料在医学、工业设计、航天航空等高精尖产业的使用。对使用陶瓷浆料的陶瓷3D打印机机械结构进行了分析,并对其机械结构动力学进行仿真与试验研究。对陶瓷3D打印机结构进行了研究,陶瓷3D打印机选择浆料直写成型技术(DIW,Direct Ink Writing),采用Cartesian坐标为运动坐标的运动模式。通过UG软件完成陶瓷3D打印机的三维建模和装配。建立了陶瓷3D打印机运动轴的动力学模型和动力学方程。利用ANSYS Workbench软件建立陶瓷3D打印机的有限元模型,并完成陶瓷3D打印机的模态分析、谐响应分析及瞬态动力学分析,得到了陶瓷3D打印机的动态响应数据,谐响应分析结果的共振频率与模态分析振型变化基本一致。喷头及工作台在运动轴运动过程中,振动幅度微小,对喷头的喷嘴处的浆料的流动情况产生的影响微小,保障了打印质量。对陶瓷3D打印机进行打印样件实验和振动试验,通过模态试验的结果,证明了仿真结果的可靠性。利用工作状态的振动试验,得到了喷头和工作台在工作状态中的振动频谱函数。通过打印实验,观察打印样件的效果,得到了预期打印效果。以仿真模拟和试验相结合的方式,研究陶瓷3D打印机的动力学特性。根据仿真及试验结果可发现在打印过程中,激励频率应与自身的各阶固有频率避开,以免发生共振,以提高陶瓷打印机的工作精度,实现快速、准确打印。图41幅;表7个;参63篇。