加油机器人关键技术与应用可行性

随着智慧化、信息化科技水平的高速发展，油品销售企业积极探索智能加油机器人技术，以消除加油站招工难度大、用工成本高的痛点，同时降低员工工作强度、提升顾客体验感。系统梳理了国内外加油机器人的研发进展，详细论述了加油机器人机械臂本体及其控制系统、末端执行机构、视觉识别系统、防爆及智能交互等关键技术。通过对不同类型站点、不同熟练程度的40名加油员共计2 000次加注行为进行观测及统计分析，结合不同地区、不同加油站点的实际情况，综合对比人工加注与机器人加注两种服务方式的效率性与经济性，分析结果可为加油机器人的研发目标与商用条件提供判定依据。在此基础上，提出了加油机器人进站应用的研发目标和改进方向。（表9，参27）     

臂坡对堰槽组合设施测流影响分析

针对堰槽组合设施在遭遇洪水、水位较高时引发的坡脚掏蚀、岸坡冲刷崩塌等问题，将设施两侧堰顶设置一定坡度，形成向槽内倾斜的臂坡，使水流向设施中部集中，减少对两岸边坡的冲蚀。采用水力性能试验的方法，对3种臂坡(0，1/16和1/8)在12种流量(6~61 L/s)条件下的中垂面水深、弗汝德数沿程变化规律、臂坡对设施泄流能力的影响及流量公式进行研究。结果表明:1)3种臂坡下的堰槽组合设施水深沿程变化相似，随着臂坡的增大，中垂线上游水位壅高增大，两侧堰靠近岸坡一侧的堰上水深减小，明显减少了水流对两岸边坡的冲蚀；2)臂坡对临界流断面位置影响较小，集中出现在排淤量水槽梯形窄段的后半段；同一流量下，堰槽组合设施的流量系数随臂坡的增大而减小；同一臂坡下，堰槽组合设施的流量系数随着流量的增大而减小；3)相对水头较小时，流量系数变化明显，相对水头较大时，流量系数相对稳定，将流量系数分为变动流量系数和稳定流量系数2个区，并分别拟合出不同臂坡条件下的流量计算公式，与实测流量相比，臂坡为0、1/16和1/8时，相对误差绝对值的最大值分别为2.22%、2.37%和2.21%，平均相对误差分别为0.88%、0.95%和1.15%。此外，在流量为11 和21 L/s时，臂坡的增大使得流量公式计算值的相对误差由-2.22%降至-0.44%和由2.35%降至-0.24%。综上，臂坡的存在能够减少水流对两岸边坡的冲蚀，对临界流断面的影响较小，增大臂坡还可有效提高堰槽组合设施在小流量情况下的测量精度。     

三自由度苹果采摘机械臂动力学分析与轻量化设计

针对工业机械臂苹果采摘时运动规划复杂、自由度多、控制难等问题，本文研制了一款轻量化结构的三自由度苹果采摘机械臂。首先，针对苹果采摘工作要求完成了机械臂的结构设计与运动学分析。机械臂采用平行四边形结构，通过后置动力源减小整机转动惯量，且臂展长，工作空间大，运动时树枝干扰小，更适用于苹果采摘。其次，采用牛顿-欧拉方程建立动力学模型，完成机械臂苹果采摘仿真，通过动力学模型的理论数据，以减轻机械臂自身质量为优化目标，对臂及其关键部件应力及应变进行分析，计算不同轻量化方案下的应力、应变，从而选取最优的轻量化方案。通过对比轻量化前后机械臂仿真数据，骨棒型轻量化方案驱动力矩峰值分别降低21 N·m和15 N·m,均降低约20%,整机质量下降1.8 kg,降低32.1%,且轻量化后机械臂保持良好工作能力。根据优化结果，搭建了三自由度苹果采摘机械臂物理样机，通过试验得到大、小臂最大驱动力矩为92、63 N·m,基本符合仿真结果，验证了动力学模型的正确性。     

白鹤滩泄洪洞横向三支臂弧门设计关键技术

针对白鹤滩水电站巨型、大宽高比泄洪洞弧门结构，提出了国内首个横向三支臂潜孔弧门型式，采用考虑三支臂布置位置、主梁与支臂单位刚度比等关键设计参数的多因素分析，并结合多载荷工况下的有限元数值验证，确定了悬臂长度和单位刚度比，进而优化了横向三支臂弧门的受力分布，有力保障了巨型泄量下土建结构的承载安全。结果表明：基于多因素参数敏感性分析的横向三支臂悬臂长度和单位刚度比确定准则，白鹤滩最优悬臂长度为2.5 m、最优单位刚度比为10.7。且优化后的弧门结构主要计算应力不超过145 MPa，最大计算合位移小于15 mm，均满足强度和刚度要求。研究建立的横向三支臂弧形闸门关键技术，能够为超宽高比孔口、超大泄量的泄洪洞安全运行提供技术保障。