Advances in Intelligent Control and Mechatronics
Select Proceedings of the 5th International Conference, MEMAT 2024
- 2026
- Buch
- Herausgegeben von
- Sanjay Yadav
- Shubin Yan
- Hargovind Soni
- Buchreihe
- Lecture Notes in Mechanical Engineering
- Verlag
- Springer Nature Singapore
Über dieses Buch
Dieser Band präsentiert ausgewählte Beiträge der 5. Internationalen Konferenz für Maschinenbau, intelligente Fertigung und Automatisierungstechnologie (MEMAT 2024), die in Nanjing, China, stattfand. Der Band konzentriert sich auf die sich rasant entwickelnden Bereiche intelligenter Steuerungssysteme und Mechatronik. Das Buch stellt interdisziplinäre Innovationen vor, die eine Brücke zwischen Maschinenbau, Automatisierung und intelligenten Technologien schlagen. Das Buch behandelt Themen wie intelligente Mechatronik und Robotik, fortgeschrittene Steuerungskonzepte und Algorithmen, Fehlerdiagnose und Wartungstheorie, Prozesskontrolle und elektrische Automatisierung, etc. Das Buch dient als wertvolle Ressource für Forscher, Ingenieure und Fachleute, die in der Werkstoff- und Bautechnik arbeiten und bietet Einblicke sowohl in theoretische Weiterentwicklungen als auch in praktische Umsetzungen. Außerdem werden gemeinsame Anstrengungen in Wissenschaft und Industrie hervorgehoben, um globalen Herausforderungen durch innovative technische Lösungen zu begegnen.
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Über dieses Buch
This volume presents select proceedings from the 5th International Conference on Mechanical Engineering, Intelligent Manufacturing and Automation Technology (MEMAT 2024), held in Nanjing, China. This volume is focused on the rapidly evolving fields of intelligent control systems and mechatronics. The book showcases interdisciplinary innovations that bridge mechanical engineering, automation, and smart technologies. The book covers topics such as intelligent mechatronics and robotics, advanced control design and algorithms, fault diagnosis and maintenance theory, process control and electric automation, etc.. The book serves as a valuable resource for researchers, engineers, and professionals working in materials and structural engineering, offering insights into both theoretical advancements and practical implementations. It also highlights collaborative efforts across academia and industry to address global challenges through innovative engineering solutions.
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Inhaltsverzeichnis
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Frontmatter
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Time-Varying Temperature Prediction in Milling Process Based on the Informer Neural Network Model
Junwei Yin, Hang Liu, Yunxian Cui, Chong ZhangDieses Kapitel befasst sich mit der entscheidenden Rolle der Temperaturüberwachung in Echtzeit bei Fräsprozessen, die durch die Fortschritte bei Sensor- und Funktechnologien vorangetrieben wird. Es stellt das neuronale Netzwerkmodell Informer vor, ein innovatives Werkzeug zur hochpräzisen Vorhersage von Temperaturschwankungen. Die Studie stellt ein umfassendes Frästemperaturmessungsexperiment vor, in dem die Auswirkungen von Spindeldrehzahl, Vorschub pro Zahn und radialer Schnitttiefe auf die Temperatur analysiert werden. Die Ergebnisse zeigen eine starke positive Korrelation zwischen Bearbeitungsparametern und Temperatur, die durch Pearsons Korrelationskoeffizienten bestätigt wurde. Das Informer-Modell mit seiner effizienten Transformatorstruktur übertrifft traditionelle Modelle wie GRU und LSTM bei der Vorhersage von Temperaturtrends. Diese Fähigkeit ist entscheidend für die Optimierung der Bearbeitungsparameter, die Vermeidung von Werkzeugausfällen und die Steigerung der Bearbeitungseffizienz insgesamt. Das Kapitel endet mit der erfolgreichen Echtzeitüberwachung und Vorhersage der Werkzeugtemperatur, was den Weg für eine weitere Integration mit zusätzlichen Sensordaten und maschinellen Lerntechniken ebnet.KI-Generiert
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AbstractExcessive milling temperature during machining accelerates tool wear and damages the workpiece surface, which seriously affects tool life and workpiece quality. To address these issues, this study monitors the temperature changes during milling in real time. By collecting temperature data in the vicinity of the measuring tool, an Informer neural network was used to predict the temperature rise at the milling cutter measurement points, and the Pearson product-moment correlation coefficients were used to analyze the correlation between the machining parameters and multiple points on the backside of the milling cutter. The results of the study were also compared using GRU and LSTM models, which showed that the Informer model is more capable of real-time monitoring and prediction of tool temperatures during the milling process, which can help extend tool life and improve workpiece quality. -
Research on a Machine Vision-Based Chemical Tank Surface Defect Detection System Using Drone Inspection
Jiawei Xiang, Yuwei Xiang, Yuming ZhouDieses Kapitel untersucht die Entwicklung und Implementierung eines unbemannten Systems zur Erkennung von Oberflächendefekten an Chemikalientanks. Das System integriert hochauflösende Kameras, Beleuchtungsregler und das Deep-Learning-Modell ResNet-50, um eine Erkennungsgenauigkeit von über 91% zu erreichen. Die Studie hebt den Einsatz von Datenerweiterung und Lerntransfer hervor, um die Robustheit des Modells zu verbessern und die Trainingszeit zu reduzieren. Die praktischen Tests des Systems zeigen seine Wirksamkeit in realen Szenarien und zeigen sein Potenzial für industrielle Anwendungen. Das Kapitel vergleicht auch die Leistung des ResNet-50-Modells mit herkömmlichen Bildvorverarbeitungsmethoden und betont seine überlegene Genauigkeit und Effizienz. Die Schlussfolgerungen unterstreichen die Fähigkeit des Systems, die Beschränkungen traditioneller Inspektionsmethoden zu überwinden und eine effizientere und genauere Lösung zur Erkennung von Oberflächendefekten an Chemikalientanks anzubieten.KI-Generiert
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AbstractThe detection of surface defects in chemical tanks is both challenging and costly for industrial quality control. Manual inspections are inefficient and prone to errors, failing to meet modern industry’s demands for precision and speed. This study presents an automated inspection system utilizing drones and machine vision. Equipped with high-resolution cameras, light regulators, and a stable drone platform, the system ensures comprehensive tank surface coverage. By integrating the ResNet-50 deep learning algorithm, it achieves precise detection of defects like cracks and corrosion. The proposed solution enhances efficiency, reduces manpower reliance, and holds significant industrial potential. Future work includes model optimization, multi-sensor integration, and improved lighting controls. -
Comparative Study on Energy Consumption of Vacuum Conveying System
Xintao Mao, Shougang Zai, Zhenwei Liu, Zhongsheng SunDieses Kapitel präsentiert eine vergleichende Studie über den Energieverbrauch von Vakuumfördersystemen, wobei der Schwerpunkt auf Vakuumpumpen und Coanda-Ejektorsystemen liegt. Die Forschung umfasst eine Experimentierplattform mit drei unterschiedlichen Materialien: Polypropylen-Partikel, Quarzsand und Vermiculit-Pulver. Die Studie erstellt theoretische Modelle für beide Systeme, analysiert Faktoren, die den Energieverbrauch beeinflussen, und verifiziert die Modelle durch Simulationen. Zu den wichtigsten Ergebnissen zählen die Trends beim Energieverbrauch verschiedener Materialien und die Entwicklung eines Auswahlkriteriums auf Grundlage der Förderleistung. Die Ergebnisse zeigen, dass das Coanda-Ejektorsystem energieeffizienter für Materialien wie Vermiculit-Pulver und Polypropylen-Partikel ist, während sich das Vakuumpumpsystem besser für Quarzsand mit höheren Förderleistungen eignet. Diese Studie liefert wertvolle Erkenntnisse zur Optimierung der Energieeffizienz in Materialförderprozessen.KI-Generiert
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AbstractThe vacuum conveying system is taken as the research target, the vacuum pump and Coanda ejector are respectively used as the vacuum generation device, the theoretical models of the two vacuum systems are established, and the energy consumption comparison experiments under different working conditions are carried out. Finally, the energy consumption criteria selected for the two systems are deduced. The results show that the vacuum pump system is more energy-saving when the actual capacity G is greater than the conveying capacity G* with the same energy consumption, and the Coanda ejector system is more energy-saving. -
Research on Matrix-Based Manufacturing Systems for Complex Electronic Equipment Using System Dynamics
Yang Chen, Jiancheng Shi, Yunji Zhou, Siqiao Liu, Tiancheng Yang, Zhiyang Fang, Miao YuDieses Kapitel befasst sich mit der Anwendung matrixbasierter Fertigungssysteme auf die Produktion komplexer elektronischer Geräte und adressiert die Herausforderungen, die sich aus der hohen Variabilität von Produkttypen und Losgrößen ergeben. Die Forschung schlägt einen dynamischen Ansatz vor, der Systemdynamik zur Modellierung und Analyse von Schlüsselfaktoren in der Produktionslinie verwendet, um Flexibilität und Anpassungsfähigkeit zu verbessern. Die Studie identifiziert variable Faktoren wie Personal, Material, Prozess und Produktion und konstruiert ein Kausalkreisdiagramm, um die Rückkopplungsbeziehungen zwischen diesen Variablen zu veranschaulichen. Mit der Simulationssoftware Vensim wird ein dynamisches Modell entwickelt, in das Bestände und Strömungsvariablen einfließen, um den Produktionsprozess darzustellen. Das Modell wird durch eine Fallstudie validiert, in der die Auswirkungen verschiedener Faktoren auf die Menge des Prozessplans, das Beschaffungsvolumen des Materials und das Volumen des fertigen Produkts analysiert werden. Die Ergebnisse liefern strategische Leitlinien für das praktische Produktionsmanagement und unterstreichen die Bedeutung dynamischer Integration und On-Demand-Verteilung bei der Befriedigung sich wandelnder Marktanforderungen. Diese Forschung bietet einen umfassenden Ansatz zur Verbesserung der Effizienz und Anpassungsfähigkeit komplexer elektronischer Geräte.KI-Generiert
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AbstractWith the advancement of complex electronic equipment toward multi-functionality and high integration, the manufacturing of such equipment is trending toward smaller batches and greater variety. Existing manufacturing system models struggle to meet the demands for efficient production and rapid delivery. To address the increasing complexity of manufacturing and enhance the flexibility and adaptability of systems, this paper proposes the application of matrix-based manufacturing systems to the production of complex electronic equipment. This approach aims to improve the system’s ability to cope with dynamic changes. By analyzing the structure and variables of the system using system dynamics, a dynamic model is constructed. Subsequently, simulation and quantitative analysis are conducted to understand the interrelationships between internal variables, revealing their patterns of change, thereby achieving effective control over the complex electronic equipment manufacturing system. -
Research on Heat Pump Temperature Control System Based on Fuzzy PID Algorithm
Tengfei Zhang, Zhenkui WuDieses Kapitel befasst sich mit der Anwendung von Fuzzy-PID-Algorithmen zur Verbesserung der Temperaturregelung von Wärmepumpensystemen. Zunächst werden die Herausforderungen der traditionellen PID-Steuerung wie mangelnde Stabilität und hoher Energieverbrauch hervorgehoben und als Lösung der unscharfe PID-Algorithmus eingeführt. Der Text liefert dann eine detaillierte Erklärung des unscharfen PID-Controller-Designs, einschließlich der unscharfen Kontrollstruktur und des Designs des unscharfen Controllers. Außerdem werden die Simulationsexperimente diskutiert, die durchgeführt wurden, um die Leistung des Algorithmus zu validieren, und mit der traditionellen PID-Kontrolle verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass der verschwommene PID-Algorithmus eine schnellere und genauere Temperaturregelung mit verringerter Überschreitung und stationären Fehlern erreicht. Darüber hinaus untersucht das Kapitel die Grenzen des Algorithmus und schlägt mögliche Verbesserungen vor, wie die Einbeziehung adaptiver Mechanismen oder die Kombination mit anderen intelligenten Kontrollmethoden. Insgesamt bietet das Kapitel einen umfassenden Überblick über die Vorteile des Fuzzy-PID-Algorithmus und sein Potenzial, die Energieeffizienz und den thermischen Komfort von Wärmepumpensystemen zu verbessern.KI-Generiert
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AbstractDue to the problems of nonlinearity, large hysteresis, time variation, and difficulty in accurate modeling of heat pump heating systems, the traditional PID control effect that lacks flexibility and adaptability is not ideal. To solve this problem, a fuzzy self-tuning PID control algorithm combining fuzzy control and PID is proposed, which dynamically adjusts the parameters of the PID controller according to the running state of the system to achieve ideal control. The experimental results show that the overshoot of the temperature curve of the control system based on the fuzzy PID algorithm is 4.39% smaller than that of the PID algorithm, and the steady-state error is also reduced by 0.55%. The response speed is also faster than PID control, and the fast, accurate, and stable control of room temperature is realized. -
Finite Element Analysis of Double-Row Tapered Roller Bearing for New Energy Vehicle
Hailong Liu, Xiaoxuan Zhu, Yantao An, Yihua ZhangDieses Kapitel vertieft sich in die Finite-Elemente-Analyse von zweireihigen Kegelrollenlagern, wichtigen Komponenten in den Rädern neuer Energiefahrzeuge. Die Studie erstellt ein dreidimensionales Modell des Lagers und analysiert die Spannungs- und Dehnungsverteilung unter radialer Kraft. Zu den wichtigsten Ergebnissen gehört, dass die untere Walze als der am stärksten beanspruchte Teil mit einer maximalen Äquivalenzspannung von 933,09 MPa und das kleine Walzenende als der ermüdungsanfälligste Teil identifiziert wurde. Die Analyse zeigt auch, dass die maximale Belastung mit der Radialbelastung zunimmt. Darüber hinaus vergleicht die Studie die Spannungs- und Dehnungswerte verschiedener Komponenten wie Außenring, Innenring, Käfig und Rollen und liefert so ein umfassendes Verständnis der Lagerleistung. Die Schlussfolgerungen unterstreichen die Bedeutung einer Optimierung des Designs, um frühe Ermüdungsschäden zu verhindern und die Sicherheit und Zuverlässigkeit neuer Energiefahrzeuge zu gewährleisten.KI-Generiert
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AbstractThe double-row tapered roller bearings are widely used in the hub of new energy vehicles, which contain outer ring with double raceway, double inner ring, multi-rollers, cage. In the paper, the bearing is regarded as the research object, and its three-dimensional model is established. Based on workbench platform of ANSYS, the FE model of double-row tapered roller bearing under radial force was established, and distribution law of strain and stress of parts of bearing under radial force was studied. Result shows that: equivalent stress and strain of tapered roller are significantly greater than that of cage, outer ring, and inner ring. The maximum equivalent stress values of tapered roller, inner ring, outer ring and cage are 933.09 MPa, 236.4 MPa, 130.31 MPa, and 142.87 MPa, respectively. And the maximum equivalent strain on tapered roller, cage, inner ring, outer ring is 0.0059, 0.0025, 0.0019, and 0.0008, respectively. Only the bottom roller and the three rollers closest to the bottom roller are under stress. This leads to large stress and strain on the bottom tapered roller, which is prone to early fatigue damage. With the increase of radial stress on bearing, equivalent stress and equivalent strain of bearing increase gradually. -
Research and Implementation of Online Monitoring System for Hydrogenerator Units
Qiliang Bi, Shaoxing WangDieses Kapitel befasst sich mit der Erforschung und Implementierung eines Online-Überwachungssystems für Hydrogeneratoren, wobei der Schwerpunkt auf der Verbesserung der Stabilität und der Reduzierung der Wartungskosten liegt. Das System nutzt Sensortechnologie, Informationstechnologie und Datenanalyse, um verschiedene Aspekte von Hydrogeneratoren zu überwachen, darunter Vibration, Druck und Temperatur. Die Überwachungsinhalte und die Konzeption der Kontrollpunkte werden sorgfältig ausgewählt, um die Genauigkeit der gesammelten Signale und die Glaubwürdigkeit der Diagnoseergebnisse zu gewährleisten. Die Systemstruktur und -zusammensetzung sind modular aufgebaut, was eine Anpassung an den Maßstab der Kraftwerke ermöglicht. Zu den Schlüsselfunktionen gehören Zustandsüberwachung und -anzeige, Datenanalyse, intelligente Analyse und Diagnose sowie Alarmschutz und Frühwarnung. Die Forschung zielt darauf ab, die Effektivität der Zustandsüberwachung von Kraftwerken zu verbessern, die Wartungskosten zu senken und die sicheren und wirtschaftlichen Betriebsmöglichkeiten von Wasserkraftwerken zu verbessern. Die durch das Condition Monitoring System erhaltenen Betriebsdaten können verwendet werden, um die Lösung von Problemen vor Ort aus der Ferne zu steuern und zielgerichtete technische Dienstleistungen zu erbringen, wodurch die Probleme unzureichender Kundendienstressourcen und der Verschwendung von Serviceressourcen effektiv gelöst werden können. Durch die Analyse der sich verändernden Trends der Anlagen kann der Wartungszyklus der Anlagen sinnvoller gestaltet werden, wodurch die Fähigkeit des Unternehmens zum Gerätemanagement effektiv verbessert und die Betriebskosten gesenkt werden.KI-Generiert
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AbstractFor the water conservancy hub project, aiming to improve the effectiveness of generator unit condition monitoring and reduce service costs, based on the theoretical methods of signal monitoring, signal analysis, and fault diagnosis technology, taking the vertical Francis hydroelectric generating unit as the object, research on service-oriented condition monitoring technology has been carried out. An unattended condition monitoring system for hydroelectric generating units has been developed and applied in power stations. This system breaks through the traditional local monitoring function and strengthens the automatic analysis and diagnosis technology in terms of practicality and engineering. It provides guidance for the development of equipment management work, effectively reduces enterprise operating costs, and promotes the integration of industrialization and informatization of enterprises. -
Research on Gait Planning and Motion Control Simulation for Robots
Zuxing Chen, Junjie Feng, Kun Zhu, Wei Yang, Zhenyan YangDieses Kapitel vertieft sich in die bahnbrechende Forschung zur Gangplanung und Bewegungssimulation für Vierbeiner und konzentriert sich auf ihre Anwendung in komplexen Gelände wie Hängen. Die Studie untersucht verschiedene Kontrollmethoden, einschließlich CPG-basierter Steuerung und vestibulärer Reflexe, um die Anpassungsfähigkeit und Stabilität von vierbeinigen Robotern zu verbessern. Die Forschung hebt den Einsatz nichtlinearer Hopf-Oszillatoren hervor, um ein CPG-Netzwerk aufzubauen, das für die Erzeugung rhythmischer Signale, die für die robotergestützte Bewegungssteuerung unverzichtbar sind, von entscheidender Bedeutung ist. Der Artikel diskutiert auch die mathematischen Modelle und Simulationsexperimente, die die Wirksamkeit dieser Kontrollstrategien bestätigen. Insbesondere die Integration vestibulärer Reflexe verbessert die Fähigkeit des Roboters, Hanglagen zu navigieren, was die Rutschgefahr des Fußes verringert und die Stabilität aufrechterhält. Die Ergebnisse werden sowohl durch Simulationsergebnisse als auch durch physikalische Prototyp-Experimente untermauert, die die praktische Anwendbarkeit der vorgeschlagenen Methoden belegen. Diese umfassende Analyse bietet wertvolle Einblicke in die Zukunft der Vierbeiner-Robotik und unterstreicht die Notwendigkeit weiterer Forschung, um ihre Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Umgebungen zu verbessern.KI-Generiert
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AbstractThis study focuses on the problems of unstable body center of gravity and easy foot slipping when quadruped robots move on slopes. This article proposes a mathematical model of vestibular reflex suitable for slope motion of a full elbow quadruped robot. First, a control network of central pattern generator (CPG) is built in Simulink with a Hopf oscillator, and the quadruped robot model is imported into Simulink. Trot gait is generated by adjusting the phase relationship of the CPG network, and the uphill simulation experiment is conducted with this gait. In order to achieve adaptability and stability of slope motion, a mathematical model of vestibular biological reflection is introduced into the control network, enabling the robot to adjust its body posture and maintain a stable center of gravity based on slope information during slope motion. The simulation results show that the vestibular reflex effectively reduces the vibration and slip of the robot body during slope motion, ultimately proving that the organic integration of the vestibular biological reflex mathematical model and CPG can effectively improve the stability of quadruped robots during slope motion. -
Non-singular Terminal Sliding Mode Control of PMSM Based on Deadbeat Predictive Current Controller
Kai Xin, Minghu Li, Huacai LuDieses Kapitel befasst sich mit den fortschrittlichen Regelungsstrategien für Permanent Magnet Synchronous Motors (PMSM), wobei der Schwerpunkt auf der Verbesserung von Leistung und Zuverlässigkeit liegt. Der Text führt einen neuartigen Ansatz ein, der nicht-singuläre Terminal Sliding Mode Control (NTSMC) für die Geschwindigkeitsschleife und Deadbeat Predictive Current Control (DPCC) für die aktuelle Schleife kombiniert. Durch detaillierte mathematische Modellierung und Simulation zeigt das Kapitel die überlegene Leistung dieser kombinierten Methode im Vergleich zu herkömmlichen Kontrollstrategien. Wichtige Themen sind das mathematische Modell der PMSM, das Design der DPCC- und SMC-Controller und die Analyse der Simulationsergebnisse. Das Kapitel schließt mit einer vergleichenden Analyse der Leistung des verbesserten Modells bei Leerlaufstart, konstanter Geschwindigkeitsbelastung und Beschleunigungsszenarien, wobei dessen verminderte Überschreitung, schnellere Reaktionsgeschwindigkeit und verbesserte Tragfähigkeit hervorgehoben werden.KI-Generiert
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AbstractAs one of the important components of PMSM, the vector control system is often disturbed by external disturbances, which will cause sharp fluctuations in its speed and current. To solve the above problems, the current control on the basis of DPCC, which is devised and utilized to the current loop, will be improved the control system dynamic speed response. Secondly, the NTSMC is devised and utilized to the speed ring, it can be cut the overshoot of speed, and it also will improve the ability of anti-interference. Lastly, the MATLAB/SIMULINK built the improved control system; the TSMC can compare with it. The results: the improved control system can effectively reduce overshoot, enhance anti-interference ability, and improve response speed. -
The Performance Study of a Novel ZnO Flexible Piezoelectric Sensor Array
Yunxian Cui, Hao Chen, Qi Cui, Chong ZhangDieses Kapitel untersucht die Leistungsfähigkeit eines neuartigen flexiblen piezoelektrischen Sensorrasters ZnO, wobei der Schwerpunkt auf theoretischer Analyse, Strukturdesign und experimentellen Simulationen liegt. Die Studie untersucht den Einfluss von Serien- und Parallelkonfigurationen auf Spannungsausgang und Reaktionszeit und hebt die Vorteile jedes einzelnen Setups hervor. Wichtige Ergebnisse sind die signifikante Steigerung der Spannungsleistung und die verringerte Zeitkonstante, wenn piezoelektrische Filme in Reihe geschaltet werden, während parallele Konfigurationen nur minimale Auswirkungen auf die Spannungsausgabe zeigen, aber die niederfrequenten Eigenschaften verbessern. In diesem Kapitel werden auch die praktischen Implikationen für die Verbesserung des Designs und der Leistung flexibler piezoelektrischer Sensoren diskutiert, wodurch diese zu einer wertvollen Ressource für Fachleute auf diesem Gebiet werden.KI-Generiert
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AbstractFlexible pressure sensors are gaining attention for wearable medical monitoring devices due to their excellent conformability to human skin. This study introduces a novel piezoelectric structure, formed by depositing multilayer sensing layers on a flexible substrate via magnetron sputtering. Multiple piezoelectric units are connected in parallel to create a flexible sensor array. Experimental and finite element simulations show that both the multilayer series configuration and parallel connection enhance voltage output, with the series configuration yielding a more significant improvement. Additionally, the time constant decreases significantly as the number of layers in the series configuration increases. -
The Effect of Heat Sinks on the Surface Temperature of Thin-Film Heat Flux Sensors
Yunxian Cui, Yanzhen Xie, Fengyuan Ma, Chong ZhangDieses Kapitel geht der entscheidenden Rolle von Kühlkörpern bei der Verbesserung der Leistung von Dünnschicht-Wärmestromflusssensoren (TFHFS) nach. Durch Simulation und experimentelle Analyse wird untersucht, wie Kühlkörper die Oberflächentemperaturen senken und Temperaturgefälle erhöhen, was zu verbesserter Sensorgenauigkeit und Zuverlässigkeit führt. Die Studie untersucht systematisch die Auswirkungen unterschiedlicher Kühlkörperhöhen auf die Sensorleistung und identifiziert die optimale Konfiguration für effektives Wärmemanagement. Darüber hinaus hebt er die hohe Empfindlichkeit und Linearität des Sensors hervor, was ihn zu einem zuverlässigen Werkzeug zur Messung des Wärmeflusses in Umgebungen mit hohen Temperaturen macht. Die Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung von Kühlkörpern für die Aufrechterhaltung niedrigerer Oberflächentemperaturen und die Verbesserung der Gesamtleistung von TFHFS und liefern wertvolle Erkenntnisse für Fachleute auf dem Gebiet der Wärmetechnik und Sensorik.KI-Generiert
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AbstractA TFHFS featuring a heat sink structure was both designed and manufactured using magnetron sputtering. Simulation software optimized the sensor’s parameters, and the final design was validated through experimental comparison. The sensor with the heat sink exhibited a higher temperature difference, output voltage, and thermal conductivity, consistent with simulation results. It showed a linear relationship between output voltage and heat flux density. The sensitivity was measured at 0.03723 mV/(kW/m2). -
Analysis of Motion Control of Cycloid Mechanism
Zhaodong Fu, Kang Wang, Huixing Wang, Xiaoyi WangDieses Kapitel befasst sich mit der Analyse der Bewegungssteuerung in zykloiden Mechanismen und konzentriert sich dabei auf ihre einzigartige Effizienz in flüssigen Umgebungen. Es beginnt mit der Untersuchung der historischen Bedeutung und überlegenen Strömungseigenschaften zykloider Bewegungen, wie sie in der Natur und in verschiedenen technischen Anwendungen beobachtet werden. Die Studie konstruiert ein kinematisches Modell, um die Rolle von Kontrollpunkten in diesen Mechanismen zu klären, und schlägt einen Mechanismus vor, der auf Kontrollpunktbeschränkungen beruht. Der Einfluss der Kontrollpunktphase auf die Bewegungsmuster einzelner und multizykloider Mechanismen wird detailliert untersucht. Radiale und axiale Offsets werden genutzt, um diese Bewegungsmuster zu regulieren und zu kategorisieren, was eine Grundlage für die praktische Anwendung zykloider Mechanismen darstellt. Die Forschungsergebnisse schließen mit einer Zusammenfassung des Einflusses von Kontrollpunkten auf die Bewegung zykloider Mechanismen und bieten Einblicke in ihre potenziellen Einsatzmöglichkeiten in verschiedenen Szenarien.KI-Generiert
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AbstractCycloid mechanism, with its cycloidal path of the output link, is renowned for the exceptional fluid dynamics it provides. Achieving this cycloidal motion through controlling the mechanism’s motion is crucial. In this study, firstly a kinematic model of the cycloid mechanism is constructed to elucidate the uniqueness of the control point; then a cycloid mechanism based on the constraints of the control point is proposed to explore the influence of the control point phase on the motion law; finally, the motion law of the cycloid mechanism under different control points is regulated and analyzed, and the motion law is classified based on the radial offset and axial deviation angle of the control point. These findings provide a comprehensive foundation for the motion control of cycloid mechanisms. -
Investigations on Dynamic Performances of Inertial Impact Switch in High-Impact Environments
Yukun Chang, Jie Wang, Pengzhao Xu, Shaokang Cui, Yu Zhao, Sen WangDieses Kapitel befasst sich mit der dynamischen Leistung von Inertial Impact Switches (IIS) in einer Umgebung mit hoher Schlagzähigkeit, wobei der Schwerpunkt auf axialem und radialem Verschlussverhalten liegt. Durch eine Reihe von Hochschlagversuchen mit einem Machete-Hammer und fortschrittlichen numerischen Simulationen liefert die Studie eine umfassende Analyse der Reaktion des Schalters auf unterschiedliche Aufprallbedingungen. Der Versuchsaufbau beinhaltet ein hochwirksames Testsystem, das Beschleunigungssignale erzeugt, während die numerische Simulation ein vollständiges Finite-Elemente-Modell verwendet, um den Montageprozess und die dynamische Reaktion des IIS zu simulieren. Die Ergebnisse zeigen, dass sich der Schalter bei axialem Aufprall mit längerer Dauer nur einmal schließt, während er bei radialem Aufprall mit kürzerer Dauer mehrmals schließen kann. Die Studie hebt auch die Konsistenz zwischen Test- und Simulationsergebnissen hervor und bestätigt die Wirksamkeit des numerischen Modells. Diese Forschung bietet wertvolle Einblicke in die Konzeption und Leistung von IIS, insbesondere in Umgebungen mit hoher Schlagzähigkeit, und bildet eine Grundlage für die Verbesserung elektromechanischer Zündsicherungs-Kontrollsysteme.KI-Generiert
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AbstractIn order to solve the problem of unclear dynamic response mode of inertial impact switch (IIS) under high-impact environments, a typical IIS was experimentally and numerically studied in this paper. In the test, the high-impact test system based on the Machete hammer device was built, and the system was applied to the hammer test of the switch, and the impact response signals of the switch were obtained. In the simulation, a full finite element model of the switch was established to simulate the impact process and analyzes its dynamic responses. The simulation and test results show a good agreement, suggesting that the method provided in this paper is reasonable and efficient, and offers a certain reference for the design of electromechanical ignition control system in fuse. -
Analysis of Lubrication Characteristics of Double-Arc Gears Considering Tooth End Modification
Biqiong Jiang, Zhongyi Ren, Wenbo GengDieses Kapitel vertieft sich in die Schmiereigenschaften von Doppelbogenrädern und konzentriert sich auf die Auswirkungen von Zahnendmodifikationen. Er untersucht, wie Modifikationen die Kontaktspannung, die Dicke des Schmierfilms und die Temperaturverteilung beeinflussen und letztlich die Getriebeleistung verbessern. Die Analyse umfasst eine detaillierte Untersuchung des Ineinandergreifens, wobei die Veränderungen der Kontaktkräfte und Schmierzustände bei unterschiedlichen Belastungen und Geschwindigkeiten hervorgehoben werden. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass die Modifikation der Zahnenden zwar die Auswirkungen von Ineinandergreifen und Vibrationen verringert, aber an bestimmten Stellen auch den Anpressdruck und die Temperatur erhöht, was sorgfältige Konstruktionsüberlegungen erfordert, um eine optimale Schmierung aufrechtzuerhalten.KI-Generiert
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AbstractTooth end modification has a great effect on minimizing the meshing impact of double-arc gears, reducing vibration and noise during transmission, and enhancing the service life of gears. This paper investigates the impact of tooth end modification on the lubrication status of the tooth surface of double-arc gears. Based on the meshing characteristics and the principle of tooth end modification of double-arc gears, tooth end modification is conducted, and the amount of tooth end thinning and the modification length are determined. By calculating the contact force changes in accordance with the meshing law and Hertz contact deformation theory of double-arc gears and combining it with the elastohydrodynamic lubrication theory, the influence of tooth end modification on tooth surface pressure, oil film thickness, and temperature rise is analyzed. The results indicate that end-milling modification reduces the engagement impact while altering the instantaneous number of contact points on the tooth surface. It increases the pressure at certain contact points on the tooth surface, raises the temperature of the tooth surface, and decreases the oil film thickness. Therefore, double-arc gears with end-milling modification should be designed carefully to mitigate the impact of end-milling on the lubrication characteristics of the tooth surface. -
Air-Ground Integrated Multi-layer Shuttle Logistics Robot Based on Embedded System
Jun Rao, Yutong Gu, Xin Sun, Lanlan HeDieses Kapitel untersucht die Entwicklung eines multifunktionalen, intelligenten Logistikroboters, der Ineffizienzen in der traditionellen Lagerhaltung und Logistik beheben soll. Der Roboter integriert Erkennungs-, Transport-, Hub- und Positionierfunktionen, nutzt digitale Bildverarbeitung, IoT-Technologien und maßgeschneiderte stereoskopische Regale. Die mechanische Konstruktion umfasst ein Fahrgestell mit Mecanum-Rädern für omnidirektionale Bewegungen und einen dreigliedrigen Roboterarm für flexibles Materialhandling. Das Steuerungssystem ist in drei Ebenen unterteilt: Bilderkennung, Bewegungssteuerung und Stromversorgung, wobei der STM32F407VET6 als zentrale Steuerung fungiert. Das Vision-Modul nutzt den MaixII-Sense zur effizienten Bildverarbeitung, während das Sensormodul Hall-Sensoren und ein Gyroskop für Echtzeitgeschwindigkeit und Winkelbewegungsdaten enthält. Das Kapitel beschreibt auch die Algorithmenanalyse für Fahrgestell und Roboterarm-Bewegungssteuerung sowie den Vision-Algorithmus zur Objekterkennung. Experimentelle Ergebnisse zeigen die Fähigkeiten des Roboters in den Bereichen Chassis-Positionierung sowie Materialerkennung und -greifen, wobei der Positionsfehler am Ende des Roboterarms 2,3 mm beträgt. Die Schlussfolgerungen unterstreichen die Eignung des Roboters für Lagerszenarien und seine möglichen Anwendungen in anderen technischen Praxisstudiengängen.KI-Generiert
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AbstractIn response to the exponential growth of the e-commerce market in China and the resultant challenges in large-scale warehousing and sorting, an innovative solution has been devised: an intelligent logistics robot. This robot was powered by the STM32F407 microcontroller and integrates various sensors including the HWT101 gyroscope, Hall encoders, and the MaixII-Sense vision module. Moreover, it addressed complexities such as integrated ground-space utilization and irregular cargo handling through the implementation of a gear meshing lifting mechanism tailored to specific shelves and a two-link three-axis mechanical arm. The communication backbone of this intelligent logistics robot was the CAN bus, ensuring efficient data transmission and control. For precise positioning, it employed a closed-loop proportional differential control algorithm, which relied on rotational speed feedback for accuracy. Navigation was facilitated by the utilization of the Hough line recognition algorithm, which, in combination with sensor data, enabled effective path planning. Furthermore, the robot exceled in cargo sorting tasks by leveraging OpenCV-based digital image processing for object recognition. This advanced technology enabled the intelligent robot to swiftly identify and sort various types of items with high accuracy. Experimental evaluations have demonstrated the effectiveness of this logistics robot in efficiently completing tasks related to cargo transportation and sorting. Notably, its positioning and navigation. -
Research on Application of a Lode-Parameter Modified Rheological Law in Cast Al Wheel
Yazhou Jiang, Yingbo Liu, Taisong Cui, Yi Zhou, Zihan Jiang, Bin Zhang, Feng GaoDieses Kapitel untersucht die Anwendung eines Lode-Parameters modifizierten rheologischen Gesetzes, um die Genauigkeit der Vorhersage plastischer Verformungs- und Versagensprozesse in Aluminiumgussrädern zu verbessern. Die Studie beleuchtet die Grenzen traditioneller Materialmodelle wie Ludwik, Swift und Voce unter komplexen Belastungszuständen und führt ein neues, auf dem Lode-Winkelparameter basierendes Kunststoffmodell ein. Die Forschung umfasst die Entwicklung eines umfassenden Simulationsschemas, einer effizienten Testmatrix und die Implementierung sekundärer Entwicklung in LSDYNA. Die Ergebnisse zeigen, dass das Modell MAT _ 41, das den Lode-Winkelparameter enthält, die Vorhersagegenauigkeit für Scher-, Kerbstreck- und Schröpfversuche im Vergleich zum isotropen Härtungsmodell MAT _ 24 deutlich verbessert. Die Studie bestätigt auch die Genauigkeit der Frakturmorphologie und Energievorhersage und zeigt mit MAT _ 41 eine um 6,1% höhere Genauigkeit. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Modell MAT _ 41 auf andere asymmetrische Streckmetallmaterialien angewendet werden kann, was ein wertvolles Werkzeug zur Verbesserung der Kollisionssicherheit im Automobilbau darstellt.KI-Generiert
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AbstractCast aluminum behaves different mechanical responses when undergoing different loading, such as uni-axial tensile and shear test. It is hard to predict such mechanical behaviors well simultaneously with one set of parameters of an isotropic yielding criterion, for example MAT_24 in LSDYNA. Thus Lode parameter is introduced to compose a new yield criterion based on traditional von Mises type as an independent, and a user-defined material subroutine is developed in LSDYNA as MAT_41. Numerical simulation based on MAT_41 shows better results than those on MAT_24 on tests of uni-axial tensile, simple shear, notch tensile, and cupping when information of displacement-force from experiments and simulations is compared, as well as the test of quasi-static compressing on the wheel along axial direction. The use of a Lode parameter dependent rheological law in the prediction of mechanical behavior of cast aluminum part is demonstrated necessary. -
Simulation and Experimental Research on Metal Rubber Damper Under Harsh Random Vibration
Jialu Xing, Kang Ji, Liangjuan Zhang, Hanyuan LiuDieses Kapitel befasst sich mit der Konstruktion und Validierung von Metallkautschukdämpfern für elektronische Geräte, die in rauen Vibrationsumgebungen arbeiten. Es beginnt mit einem Überblick über die Vorteile von Metallkautschukdämpfern, wobei deren Anti-Aging-Wirkung, hohe Temperaturbeständigkeit und große Dämpfungsfähigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Dämpfern hervorgehoben werden. Der Text untersucht dann das Design einer Struktur aus Rahmen und Modul zur Schwingungsisolierung und beschreibt das dynamische Modell von Metallkautschukdämpfern und ihre nichtlinearen Steifigkeitseigenschaften. Simulationsergebnisse mittels Finite-Elemente-Analyse in Ansys Workbench werden präsentiert und die zufällige Schwingungsreaktion des Systems mit unterschiedlicher Dichte von Metallkautschuk dargestellt. Es folgt eine experimentelle Validierung, bei der die Simulationsergebnisse mit tatsächlichen Testdaten verglichen werden, um die Wirksamkeit des Metallgummidämpfers zu verifizieren. Das Kapitel schließt mit dem Nachweis, dass ein Metallgummidämpfer mit einer relativen Dichte von 0,25 die Umweltanforderungen für elektronische Geräte erfüllt und eine zuverlässige Lösung für die Schwingungsisolierung unter rauen Bedingungen darstellt.KI-Generiert
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AbstractA vibration isolation structure of electronic equipment under harsh random vibration is proposed, and theory of metal rubber damper is analyzed. Force–deformation curve of metal rubber in different density is tested, and random vibration response is calculated by using bushing joint. The type of metal rubber damper is determined through simulation, and the vibration isolation structure is verified by experiment. The result indicate that error of simulation and experiment is small, and the vibration isolation structure can meet the requirement of environment condition.
- Titel
- Advances in Intelligent Control and Mechatronics
- Herausgegeben von
-
Sanjay Yadav
Shubin Yan
Hargovind Soni
- Copyright-Jahr
- 2026
- Verlag
- Springer Nature Singapore
- Electronic ISBN
- 978-981-9558-43-8
- Print ISBN
- 978-981-9558-42-1
- DOI
- https://doi.org/10.1007/978-981-95-5843-8
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