智能与仿生ppt课件

图4 智能主动杆结构图
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其工作原理为：传感器提供结构的形变信息，压电陶 瓷叠层作动器根据控制器通过该信息确定的电压进行驱动， 预应力弹簧保证压电陶瓷不受拉力。当电压作用在叠层上 时，引起作动器的几何变化，从而使主动元件长度发生改 变;同时诱发结构应变，产生控制力，其大小由反馈控制 器提供的作用于叠层上的电压决定。作动器根据控制器的 指令产生作动力，调整结构状态，按需要改变结构的性能; 控制器进行信号处理，发出控制指令，操纵作动器工作， 使结构自动调整到所期望的状态。压电陶瓷叠层结构精度 为微米级，可进行微小位移调节。
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埋入式曲率光纤传感器的研究
一种埋入式曲率光纤传感器的构成如图3。
图3 曲率光纤传感器测量系统
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其工作原理为：当敏感区表面是绝对平整的表面时， 传输损耗并不大，光纤弯曲时光强几乎不变。其原因是敏 感区表面仍满足全反射条件。而用于传感器的光纤敏感区 表面要求是粗糙不平的，光在传输时遇到敏感区表面将发 生散射损耗，其本质是敏感区的表面几何畸变，使一部分 导模耦合成辐射模而产生损耗，并且各种模式的衰减不同。 该结构主要应用于直接或间接的测量出结构的弯曲变形。
智能与仿生
一 智能机械 二 仿生机械
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1 智能和智能机械的定义 2 智能结构的组成 3 智能机械（结构）举例
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智能是指在各种环境条件和目的要求下正确制定决策 和实现目的的能力。这里,给定的环境和目的是问题的约束 条件,制定正确的决策是智能的中心环节,而有效地实现目 的,则是智能的评判准则。从信息处理的角度讲,智能可以 看成是获取、传递、处理、再生和利用信息的能力。思维 能力是整个智能活动中最复杂、最核心的部分,主要指处理 和再生信息的能力。这种信息处理的过程是十分复杂和多 样化的,归纳起来,大体可分为3种基本的类型,即:经验思维、 逻辑思维和创造性思维。
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传感器(Sensor)、致动器(Actuator)、控制器(controller) 是智能结构的三个组成部分。传感器、致动器、控制器及 其结构集成，是智能材料与结构的四大关键共性技术。目 前国内外都把新型传感器和致动器的研究和开发作为高科 技项目进行重点攻关。
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1 传感器的研究 2 致动器的研究 3 控制器的研究
图1 CCD光电传感器结构组成 9
其工作原理为：在光源8照射下，焊缝轨迹线通过透镜 6在线阵CCD芯片4表面成像，线条影像处的CCD像元信号 电压变弱，此信号电压经过二值化电路2处理就能产生约5 V的负脉冲电压信号，将此负脉冲信号在模拟量信号处理 电路1进行处理及D/A转换，可以获得一个模拟量信号电压， 以反映焊缝轨迹线与传感器中心线间的偏差。
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新型光纤腐蚀传感器
一种新型光纤腐蚀传感器的典型结构如图2 所示。
图2 光纤腐蚀传感器的结构
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其工作原理如下：根据光波导理论，当光在光纤内传 输时，光波将在所有纤芯与包层界面处发生全反射而沿光 纤全长传输.但如果光纤某段的包层由于某种外部原因破坏 波导条件时，光束将不满足全反射条件，从而出现部分光 泄漏或双折射现象，因而光纤的输出光能量或偏振态与该 点外部原因有依赖关系.若将其埋入混凝土结构钢筋处，使 钢筋锈蚀状况对光纤包层的波导条件产生影响，那么检测 光纤的输出光能量或偏振态变化可实现对钢筋腐蚀的监测。
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含压电陶瓷叠层致动器
阎绍泽，陈洪彬，申永胜在进行智能可展结构的概念研究时所研究 的智能可展结构包括三类承力杆件，即普通杆件、机械式主动杆和智能 主动杆。智能主动杆是由传感器和采用智能材料制作的作动器集成为一 体而构成，图4为含有压电陶瓷叠层作动器(压电堆)的智能主动杆，它包 括压电陶瓷叠层作动器、传感器、预应力弹簧、输出杆及外壳等。
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智能机械是基于明显的应用背景，形成的一种具有材 料科学、控制理论、信息理论、计算机技术、传感器技术 等学科交叉特点的新兴学科，成为当今工程与材料领域中 最活跃的研究课题之一。智能结构，是在基体中嵌入或粘 贴传感器和致动器，并具有对致动器进行控制的装置，从 而能感知外界环境的变化及自身的实际状态，并能通过自 身的感知，作出判断，发出指令，执行和完成动作，实现 动态或在线状态下的自检测、自诊断、自监控、自修复及 自适应等多种功能。
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传感器要求具有高度感受结构力学状态的能力，能够 将应变或位移直接转换成电信号输出，它担负着感知外界 环境变化，收集外界信息的任务。同时必须具有足够的可 靠性、敏感性和较高的反应速度，以便能迅速、准确地反 映外部信息，应对结构状态敏感，易于集成。
8应用的CCD（备用控 制信道）光电传感器，包括：线阵CCD(Charge Couled Device，电荷耦合器件图像传感器)芯片4、透镜6、光源8、 滤光片7、镜筒5、滤光罩9等。
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磁吸式智能焊接机器人系统中应用CCD光电传感器， 其作用如下：在焊接过程中，当焊接坡口平行线与传感器 中心线间有相对偏差时CCD光电传感器会发出电信号。在 粗调过程中，微机控制系统根据一个CCD光电传感器的测 量值对焊车的左右行走电机发出差动信号，使焊车随动拐 弯，直至焊车中心线与焊接坡口中心线基本一致。在精调 过程中，微机控制系统根据后一个CCD光电传感器的测量 值对光电跟滑块机构的步进电机发出驱动信号，使焊枪随 动跟踪坡口中心线。
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由于Fe-C合金是钢筋的主要成分，因此用Fe-C合金取 代光纤原有石英包层而形成一种新的金属包层，并让其靠 近钢筋以与钢筋同步遭受腐蚀，因此光纤的金属包层在腐 蚀物质作用下会改变光纤的导波条件，因而能够产生光能 量或偏振态的变化，探测其变化即可实现对腐蚀信号的监 测。 由于混凝土结构内部钢筋所处环境特殊，使传统腐蚀 监测方法的应用存在局限性。光纤具有径细、质轻、抗强 电磁干扰、抗腐蚀、耐高温、集信息传输与传感于一体、 易集成于混凝土结构中等一系列优点，有希望克服传统电 类探针在混凝土结构腐蚀监测中的不足。
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致动器的功能是执行信息处理单元发出的控制指令， 并按照规定的方式对外界或内部状态与特性变化作出合理 的反应。致动器能对结构的机械状态施加足够影响，能直 接将控制器输出的电信号转变为结构的应变或位移，具有 改变智能结构形状、刚度、位置、固有频率、阻尼及其它 机械特性的能力。致动器有压电材料致动器、电致伸缩材 料致动器、磁致伸缩材料致动器、形状记忆合金致动器、 电流变体致动器等。