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  • 2023年第51卷第3期文章目次
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    • 基于改进模糊自适应补偿的柔性关节机器人PD控制

      2023, 51(3):1-5. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.03.001

      摘要 (301) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对柔性关节机器人具有不确定性、轨迹跟踪精度低和抖动的问题,提出一种改进模糊自适应补偿的PD控制方法。该方法在原有模糊自适应控制和PD控制的基础上进行改进,采用改进模糊自适应控制对PD控制进行补偿,以提高存在不确定性条件下的关节轨迹跟踪精度并抑制抖动。通过Lyapunov理论证明了系统的稳定性。仿真结果表明:新型控制器具有良好的自适应能力,与传统PD控制和模糊自适应控制相比,新型控制策略显著提高了关节的轨迹跟踪精度并在一定程度上抑制了关节抖动。

    • 基于球面线性插值的机器人磨削工具姿态规划

      2023, 51(3):6-9. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.03.002

      摘要 (119) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:在机器人磨削去除汽车轮毂翻边及毛刺中,为解决传统方法所规划的工具姿态灵活度不够、平稳性差等问题,提出一种基于球面线性插值的机器人磨削工具姿态规划方法。将离散磨削路径拟合为B样条曲线,通过对样条路径曲率信息的提取,实现轮毂磨削关键区域的识别;在关键区域的关键点处设定磨削工具姿态,并利用关键工具姿态间的球面线性插值,生成沿路径光顺变化的工具姿态;通过Z向浮动对磨削中的工具位置进行微调,以提高磨削的均匀性、减少工具的磨损。结果表明:所提方法可使机器人磨削工具姿态角度波动比优化前降低22.28%,角速度波动降低40.43%,从而能够有效提升磨削的平稳性。

    • 下肢外骨骼机器人设计及实验研究

      2023, 51(3):10-14. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.03.003

      摘要 (124) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为实现下肢残障者的运动康复,设计液压驱动的下肢外骨骼机器人机构。针对下肢外骨骼的运动跟随需求,提出一种滑模控制器,并进行了控制仿真模拟。仿真结果表明:外骨骼采用该控制算法能较好地实现位置跟踪。基于dSPACE硬件在环实时仿真系统搭建了下肢外骨骼系统,进行了空摆实验、被动跟随实验及主动跟随实验。实验结果表明:设计的下肢助力外骨骼机器人能够为穿戴者提供助力,外骨骼样机的整体稳定性较好,对穿戴者具有良好的跟踪性能与快速响应性。

    • SVD分解在口腔手术机器人手眼标定中的应用

      2023, 51(3):15-19. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.03.004

      摘要 (143) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:口腔手术机器人手眼标定精度直接影响口腔手术机器人的工作精度。针对固定视点的口腔手术机器人,提出一种基于SVD分解的手眼标定算法,该算法无需采集姿态信息。通过纯平移运动,采集若干对坐标点计算旋转矩阵,而后通过纯旋转运动,采集若干对坐标点计算平移向量,从而完成手眼标定。在双目视觉位置定位精度为0.12 mm、机器人位置定位精度为0.1 mm、两者姿态定位精度均不定的条件下,实物实验结果表明:该算法标定平均误差的旋转部分在4 mrad以下,平移部分在0.411 mm以下,可满足口腔手术机器人手眼标定的精度要求。

    • 基于精确背景运动补偿的机器人运动目标检测与跟踪

      2023, 51(3):20-27. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.03.005

      摘要 (91) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为实现动态场景下机器人快速准确地检测与跟踪运动目标,提出一种基于精确背景补偿的运动目标检测方法,并利用Kalman滤波扩展的KCF算法进行目标跟踪。针对传统ORB算法存在特征点分布不均匀、误匹配率高导致背景补偿效果不佳的问题,采用小波变换及图像分块处理保证提取的特征点数目及均匀分布,通过SURF算法提取具有尺度不变性的特征点并构建ORB描述子。利用KNN算法与对称约束相结合的特征匹配法提高匹配精度,同时引入改进的RANSAC方法精确求解全局运动参数完成背景运动补偿,最后通过帧差法及形态学处理获得完整的运动目标,并将KCF算法融合Kalman滤波实现对被遮挡目标进行再跟踪。实验结果表明:该方法特征匹配正确率达到98.4%,在背景运动状态下能够实时准确地检测出运动目标,并且能够连续稳定地跟踪目标。

    • 基于视觉的工业机器人离线编程系统的设计

      2023, 51(3):28-34. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.03.006

      摘要 (92) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对传统离线编程系统通用性差、可靠性低和二次开发难度大等问题,开发一套基于机器视觉的工业机器人离线编程系统。基于模块化思想,将该系统划分为机器视觉模块、虚拟环境模块、运动学模块、轨迹规划模块、离线程序模块和外部通信模块。借助机器视觉模块解构视觉系统与机器人末端位姿的坐标映射关系,得到规划机器人运动所需的位姿数据;基于虚拟现实建模语言构建机器人虚拟仿真环境,基于运动学模块与轨迹规划模块将位姿数据转化为机器人的作业〖JP2〗指令;基于离线程序模块与外部通信模块实现控制器指令与虚拟仿真环境的无缝衔接。最后,以一种六轴工业机器人为测试对象验证了该离线编程系统的基本功能。实验结果表明:该系统定位误差最大为0.4 mm,精度高,可满足工业应用需求。

    • 一种基于磁力吸附的焊缝打磨爬壁机器人设计

      2023, 51(3):35-43. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.03.007

      摘要 (133) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:设计一种新型的船体爬壁机器人,用来对大型轮船侧壁的焊缝进行打磨,改变了依靠人力打磨作业的方式,不仅提高了工作效率,而且大大降低了安全事故的发生。该机器人包括行走机构、吸附机构和焊缝打磨执行机构。针对爬壁机器人在不同的极限工况下,建立静力学模型,分析爬壁机器人出现滑移失效、横向倾覆失效、纵向倾覆失效、脱离失效时的极限磁吸附力。使用Ansys Electronics Desktop-Maxwell对永磁体进行仿真和结构优化,使之满足所需的磁吸附力。搭建出样机后,对机器人进行性能测试、磁吸附力测试和焊缝打磨测试。结果表明:该机器人不仅焊缝打磨效果好,而且工作性能稳定。

    • 大型工程机械驾驶室机器人自适应打磨抛光系统的设计

      2023, 51(3):44-49. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.03.008

      摘要 (87) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为适应当前制造业大型设备零部件生产需要,提高对大型工程机械驾驶室焊缝打磨抛光处理效率,设计一种机器人自适应自动打磨系统。此系统采用六自由度机器人配置自适应性力控系统,实现对复杂曲面及焊缝的贴合;采用外接轴实现对工件所有焊缝全方位覆盖,并实时切换姿态完成自动打磨。通过自动更换打磨工具的方式,实现单个机器人生产效率最大化;运用模块分层化理念,使不同工位满足不同工艺需求,凸显此系统良好的兼容性;其中加装的自适应性力控装置,实现了工业参数数据化,其可调可控,从而保证打磨抛光的效果。挖掘机驾驶室焊缝打磨抛光试验结果表明:此系统可实现对大型工程机械驾驶室焊缝打磨抛光全自动化处理,且保证了打磨效果,可以满足生产要求。

    • 基于工业机器人的图像引导圆孔定位方法

      2023, 51(3):50-56. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.03.009

      摘要 (57) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:在图像引导的圆孔金属工件自动化装配中,由于圆孔金属工件的图像存在弱纹理甚至无纹理的情况,从而导致对圆孔位姿的定位精度低。针对此问题,通过工业机器人带着单目工业相机水平移动构建一个平行双目结构,获取双目图像;通过对双目图像中的圆孔轮廓提取的特征点粗匹配,得到图像的基础矩阵,再通过基于弧段的椭圆检测对双目图像中的圆孔轮廓进行提取,最后通过上述信息进行基于极线约束的双目精立体匹配并求得相关点三维坐标与位姿。实验结果表明:孔位与孔心距精度保持在1 mm内,孔姿态精度保持在0.3°内。

    • 动态场景下移动机器人视觉SLAM

      2023, 51(3):57-63. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.03.010

      摘要 (90) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为实现动态场景下移动机器人自主定位和建图,解决传统视觉里程计方法跟踪效果差及累积误差问题,提升闭环检测的准确性和鲁棒性,提出融合深度学习的同时定位与地图构建方法。采用四叉树算法均匀化特征分布,解决动态场景特征聚集问题;通过优化的目标检测网络识别场景动态语义信息,剔除动态物体对位姿估计的干扰;充分提取场景空间结构信息,结合点特征和线特征实现位姿跟踪及回环检测,构建全局一致的环境地图。TUM数据集和真实场景实验结果表明:改进方法提升了移动机器人定位和建图的准确性和鲁棒性。

    • 基于改进乌燕鸥算法的移动机器人路径规划

      2023, 51(3):64-70. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.03.011

      摘要 (74) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为克服传统智能算法在解决复杂环境下移动机器人路径规划问题中存在的搜索效率慢和寻优精度低等不足,提出改进乌燕鸥优化算法(ISTOA)。以乌燕鸥算法(STOA)为基础,引入Circle混沌映射机制保证初始种群的质量,提升算法初期搜索效率。同时,提出旋转式翻筋斗搜索策略,对算法的扑食位置进行更新,提高了算法的局部寻优能力。在迁徙过程中,混合正弦控制非碰撞因子和自适应Lévy飞行策略平衡了算法的全局搜索和局部搜索。通过3种不同环境下移动机器人路径规划案例验证了改进乌燕鸥优化算法的有效性。结果表明:改进乌燕鸥优化算法可快速且稳定获得全局最优路径,整体寻优能力优于其他算法,有效地解决了移动机器人在复杂环境中的最优路径规划问题。

    • 视觉引导下机器人拆垛场景识别定位抓取方法

      2023, 51(3):71-77. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.03.012

      摘要 (88) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对2D图像识别缺乏3D姿态信息,而传统的3D视觉需要处理大量点云,运算时间较长等问题,提出一种基于改进Mask R-CNN与局部点云迭代优化相结合的机器人拆垛、分拣及码垛策略。对Mask R-CNN网络进行改进,在其ROIAlign结构之后加入空间变换网络模块,提升识别准确率;利用改进的Mask R-CNN网络对目标进行实例分割,结合场景点云分割得到物体感兴趣区(ROI)场景局部点云;采用加入K维树邻域搜索的迭代最近点算法将物体ROI场景局部点云与模板点云进行配准,最终得到位姿估计的结果。UR5协作机器人根据此结果解决拆垛、分拣及码垛问题,实验结果表明:利用改进的Mask R-CNN网络提升了目标识别的准确率,使用ROI局部点云法减少了场景点云与模板点云配准的迭代次数,提高了工业机器人的拆垛、分拣及码垛效率。

    • 可穿戴式上肢康复机器人运动学计算和仿真

      2023, 51(3):78-84. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.03.013

      摘要 (61) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了满足脑卒中患者日常需求,更好地进行康复训练,设计一款可穿戴式的上肢康复机器人。通过SolidWorks结合人体上肢结构进行整机结构设计,运用MATALB建立起上肢康复机器人的数学模型并进行运动学分析,得出上肢康复机器人各个关节的旋转角度关系,再进行数据验证和可达空间位置分析。验证和分析结果可以满足患者的日常需求。基于五次多项式插值算法对上肢康复机器人进行“取杯子”任务的轨迹规划和模拟仿真,仿真结果满足设定要求,可为患者提供良好的康复训练。同时计算和仿真数据为康复机器人运动控制提供数据支持。

    • 轧机AGC液压缸智能检测系统平台研发

      2023, 51(3):85-90. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.03.014

      摘要 (63) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对轧机AGC液压缸静动态特性性能指标测试技术第三方验证的重要性,开发一套人机交互式AGC液压缸试验台检测系统,采用厂级ERP企业管理系统,实时远程控制与测试,实现第三方与生产厂家的轧机AGC液压缸性能指标测试数据的检定、校准工作与报告生成。结果表明:该系统平台可有效提高轧机AGC液压缸性能指标测试数据准确性,测试功能满足第三方需求。

    • 齿面微织构面积率及形状对其摩擦性能的基础研究

      2023, 51(3):91-95. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.03.015

      摘要 (95) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究齿面微织构面积率和形状对齿轮副摩擦学性能的影响,采用激光打标机在经热处理后的45钢试件表面加工出不同形状和面积率的织构,利用往复式摩擦磨损试验机分析织构面积率和形状对摩擦因数的影响规律,并与Fluent仿真结果进行对比。仿真结果表明:随着织构面积率的增大,摩擦因数逐渐减小,油膜承载力和油膜刚度逐渐增大,长方形织构具有更佳的减摩性能。试验结果与仿真结果基本一致,与无织构表面相比,长方形织构面积率为17%时平均摩擦因数降低了18.06%,正方形和圆形织构面积率为4.7%时,不仅没有减摩,反而将摩擦因数分别增大了4.17%和1.39%。织构化表面可提高油膜承载力和刚度,使油膜不易破裂,减小了摩擦副之间的接触,降低了摩擦因数。获得了微织构形状和面积率对齿轮副摩擦性能的影响规律,为改善齿轮系统的寿命提供试验支持。

    • 基于行为自适应的台钻主轴轴径视觉测量策略

      2023, 51(3):96-102. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.03.016

      摘要 (57) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:鉴于视觉测量过程行为的多样性与影响关系的复杂性,提出基于行为自适应的台钻主轴视觉测量新策略。采用周向分工位采集图像与轴向分段提取轮廓结合的组合采样法获取被测信息,并建立了主轴轴径视觉测量系统;设计曝光自适应图像采集、图像批处理、误差反馈闭环测量等功能集成的行为自适应视觉测量流程并开发相应软件。以某型号台钻主轴为对象,开展曝光区间自适应优选实验,多工位、多轴、多采样方案测量实验误差分析与稳定性评定。结果表明:所提出的行为自适应测量策略通过获取测量行为变化对测量误差的影响,形成闭环测量,可有效提高测量的稳定性,不仅满足台钻主轴高精度轴段测量需求,还有利于推动测量智能化发展。

    • 基于轮廓误差分离的数控随动曲轴磨床性能分析

      2023, 51(3):103-108. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.03.017

      摘要 (38) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为寻找合适的误差分离方法,以数控曲轴随动磨床为性能分析对象,将影响曲轴连杆颈轮廓误差的因素分为随动因素和非随动因素;描述曲轴随动磨削的基本原理以及曲轴连杆颈轮廓生成的精确建模方法;提出将轮廓误差分离为随动误差和非随动误差的方法;通过试验数据分析得出数控随动曲轴磨床的性能评价结论。提出的轮廓误差分离方法,为数控随动磨床的性能评价提供方法指导,为误差源识别提供判断依据。

    • 基于固定位姿约束的双目相机标定研究

      2023, 51(3):109-113. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.03.018

      摘要 (65) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对影响双目视觉系统精度的双目相机标定问题,提出一种基于数字图像相关法与固定位姿约束的双目相机标定方法。采用传统的相机标定方法对双目相机进行标定,得到双目相机参数初值;采用数字图像相关法提高图像点提取的坐标精度;通过添加固定约束关系,建立简化的优化目标函数,并对相机参数进行优化,得到高精度标定结果。实验结果表明:该方法可达到较高精度。

    • 基于高压水射流火炮清膛装置的研究与设计

      2023, 51(3):114-119. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.03.019

      摘要 (59) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为改变传统人工推拉的方式清洗炮膛的现状,以火炮清膛机的使用特点及技术要求为根据,通过对高压水射流基本结构和相关参数进行分析,采用固体有限体积法对清理过程进行仿真,研究水射流的清除机制,并设计一种基于高压水射流全方位清理火炮内膛积碳、挂铜和挂尼龙,且可实现在炮膛内伸缩回转往复运动的火炮清膛机。针对国内炮膛维护的需求及维护过程中存在的问题,结合野外作业的实际情况,重点给出该火炮清膛装置的设计方案、装置构成及工作原理。装置采用整体布局方式,在确保使用功能的前提下,该装置的操作较为简单、动作实用,并且能够对结构做进一步的优化,一定程度上缩短传动链,以保障装置正常运作,减少故障的发生,使得后期维修保养更加方便,最大程度上延长其使用寿命。

    • 成捆圆钢端面标牌自动焊接系统的研究

      2023, 51(3):120-124. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.03.020

      摘要 (40) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为实现成捆圆钢端面标牌焊接的自动化,设计一套以双目视觉测量引导的基于工业机器人的标牌自动焊接系统。整个系统主要由工业机器人、双目视觉识别系统、焊钉送料系统、标牌制备系统、末端操作器、控制系统等构成。双目识别系统采用双目相机扫描成捆圆钢端面,得到焊接位置坐标;焊钉供料系统实现焊钉的分料传送,标牌制备系统通过激光打标机将圆钢生产信息制作在标牌上,并将标牌输送到指定位置;末端操作器由工业机器人带动实现焊钉与标牌的抓取、定位焊接以及掰断焊钉尾部等操作;焊接控制系统中工控机与机器人、PLC、双目视觉测量系统等进行通信,完成标牌焊接的自动化流程。

    • 基于AMESim的矿用制动实验台液压系统设计与仿真研究

      2023, 51(3):125-129. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.03.021

      摘要 (83) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:液压系统是矿用制动装置液惯量式实验台的核心组成部分,对实验台液压系统进行设计,通过理论计算选择关键元件,利用AMESim仿真软件搭建仿真模型及进行仿真分析,验证实验台液压系统的液压值、主轴转速以及扭矩设计的合理性。将仿真分析结果和实验结果进行比较,以此来验证理论计算的选型合理性。结果表明:仿真所得结果与实验结果基本相符,因此验证了实验台液压系统设计的准确性。

    • 基于机器视觉定位的自动鹤管系统设计

      2023, 51(3):130-135. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.03.022

      摘要 (161) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对目前油品装车过程中人工引导鹤管对接存在定位精度低、制约生产效率、安全隐患等问题,提出一种基于机器视觉定位的自动鹤管系统。在传统鹤管基础上对关节进行了自动化改造,并设计了平衡机构以协调外臂和垂管的重力;基于简化的鹤管系统三维模型,进行静力学特性分析;建立自动鹤管运动学模型,并进行工作空间分析及轨迹规划;采用机器视觉技术完成了槽车罐口识别与定位程序设计。图像仿真定位实验结果表明视觉系统定位误差在8 mm以内,能够较好地满足鹤管的定位对接要求。

    • 全液压牙轮钻机可移动液压动力装置的设计

      2023, 51(3):136-141. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.03.023

      摘要 (55) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:设计一种可移动液压动力装置,解决电动全液压牙轮钻机远距离行走效率低下的问题。设计中包含快速连接系统,大大提高使用效率。集成行走模式和救援模式可以为钻机行走液压系统和辅助液压系统提供动力,解决电动或柴动钻机因各类故障而无法及时转移场地的难题。利用Automation Studio软件建立辅助动力系统模型,分析系统风险点,得出了最优参数。完成了整机装配和测试,测试结果表明可移动液压动力装置满足设计要求。

    • 基于PLC的某靶弹发射车调平系统设计

      2023, 51(3):142-145. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.03.024

      摘要 (52) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对靶弹发射的使用和指标要求,基于PLC设计某靶弹发射车调平系统。该系统由PLC、高精度的双轴倾角传感器、压力传感器、液压缸等组成。系统采用“逐高法”控制策略,能够快速实现系统调平,通过将压力作为反馈控制条件可有效避免调平过程虚腿现象。选取一定坡度地面进行调平试验,试验结果表明:该发射车调平系统满足设计指标要求。

    • 曳引电梯蓄能器储能液压节能系统及电容能耗研究

      2023, 51(3):146-150. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.03.025

      摘要 (48) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:根据曳引电梯运行特征与蓄能电池储能特点,引入电容补偿方法实现系统的能力回收,设计一种基于蓄能器储能的曳引电梯液压节能系统。该系统实现储能过程与曳引机负载间良好匹配,可以通过电容吸收多余能量,有效降低了能量损耗。仿真结果表明:在轻载上行与重载上行下,表现为正能量,能量被存储到电容中;在重载上行与轻载下行中,电梯表现为负能量,电容能量被释放出来为电梯提供驱动力;曳引机在发电阶段形成更高电荷,电容开始存储,超出蓄能器能够存储能量,形成了更高电容电压;曳引机电动阶段形成了更小电荷,电容能量释放,为系统运行提供驱动力。在能量流动阶段各元件都存在能量损耗,在下行阶段损耗随着负载的增加表现为较低的变化,此系统对负载适应度很高。

    • 基于NMPC-PID的大型风力机独立变桨控制

      2023, 51(3):151-155. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.03.026

      摘要 (39) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:大型风力机的不平衡载荷会使叶片断裂,造成事故从而减短其使用寿命。针对大型风力发电系统在高风速区的不平衡载荷问题,提出一种NMPC-PID的独立变桨载荷控制方法。非线性模型预测控制(NMPC)用于及时调整风机桨叶的桨距角,PID控制则用于消除塔架振动的影响。运用机制方法在仿真平台搭建风力发电系统模型,运用所提控制策略进行仿真实验,并在两种情况下与模型预测控制方法(MPC)进行对比,验证了所提控制策略的可行性与有效性。

    • 基于缩聚理论的主轴箱刚度表征方法

      2023, 51(3):156-161. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.03.027

      摘要 (70) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于刚度缩聚的思想,提出面向复杂载荷的机床及其零部件的刚度矩阵归一化表征模型,能够实现任意载荷构型下刚度特性的一致性表达。以主轴箱为工程对象进行实例应用,建立包含参数信息的刚度表征模型,识别刚度薄弱方向,明确刚度设计的优化目标。分别采用刚度表征模型和有限元分析法求解镗削加工主轴箱变形量,验证刚度表征模型的准确性。对比两种方法的求解结果,可知基于缩聚理论的刚度表征方法能够在保留系统刚度特性的同时,快速求解变形量,提高了分析效率。

    • 基于Hermite插值的管片拼装机轨迹规划

      2023, 51(3):162-166. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.03.028

      摘要 (49) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:盾构施工中,管片拼装机需要先完成一环的拼装,才能往前进行推进。目前管片拼装机工作效率较低,直接影响着掘进速度。为了提高管片拼装机的拼装效率,结合Hermite插值算法提出一种新的拼装轨迹规划方法,通过各动作始末两点进行Hermite插值,构造出五次多项式,通过加速度、功率等约束解出各具体解。选取用时最长的作为时间基准,重新构造其余五次多项式。在降低启动冲击的同时,将管片拼装机的拼装效率提升了近一倍。

    • 齿顶及齿间间隙对双螺杆压缩机转子结构特性的影响

      2023, 51(3):167-172. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.03.029

      摘要 (63) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究间隙对双螺杆压缩机螺杆转子结构特性的影响及避免转子发生干涉与磨损现象,针对双螺杆压缩机中齿顶间隙和齿间间隙对螺杆转子结构特性的影响进行数值模拟分析。结果表明:随着齿顶间隙和齿间间隙的增大,阴、阳转子的最大变形呈现先增大后减小的趋势,但其变化范围较小;随着齿间间隙的增大阴阳转子的最大应力总体呈现增大的趋势,随着齿顶间隙的增大阴阳转子的最大应力趋于不变;当齿顶间隙大于或等于0.17 mm、齿间间隙大于或等于0.33 mm时,能够避免因转子变形发生干涉与磨损问题。

    • 矿用宽体车主动油气悬架的复合控制方法研究

      2023, 51(3):173-179. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.03.030

      摘要 (41) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:由于矿用宽体车被动油气悬架不能根据路面情况以及车载变化达到实时调整车姿来满足车辆平顺性要求,为进一步改善矿车行驶平顺性,提出一种神经网络和模糊PID控制相结合的主动悬架复合控制方法。建立单气室油气弹簧数学模型,并经实验验证了模型的正确性;在此基础上以C级路面作为输入,建立1/2车辆动力学模型,以悬架输出力为控制对象,对控制器的设计进行了详细研究,并对矿车前半车身垂向及侧倾方向的振动特性进行了对比分析。结果表明:与被动悬架相比,所设计的主动控制策略使车身垂直加速度降低了38.45%,侧倾角加速度降低了27.16%,轮胎动载荷降低了32.68%,悬架动扰度降低了34.8%,极大地改善了车辆行驶平顺性。

    • 基于改进PSO算法的导叶式旋风分离器结构参数多目标优化

      2023, 51(3):180-186. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.03.031

      摘要 (47) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了进一步提高旋风分离器性能,对导叶式旋风分离器结构进行多目标优化。首先构建旋风分离器参数化脚本模型,通过数值模拟与台架试验对模型准确性进行验证,再基于全局高灵敏参数,利用搜索能力强和收敛速度快的改进PSO算法,以分离效率和压降为性能目标对分离器结构进行优化。对比分析优化前后的参数变化率、静压力与湍动能,结合工程需求选取最优方案,并对最优方案进行试验验证。结果表明:优化后的参数配置可有效减弱内部湍流运动强度和能量损耗,最优方案的分离效率由原来85.10%提升到92.09%,压降降低30.45%。

    • 基于参数优化MLOG与SAM的滚动轴承早期故障诊断

      2023, 51(3):187-192. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.03.032

      摘要 (63) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对强背景噪声环境下轴承早期故障特征不易提取问题,提出麻雀搜索算法(SSA)优化改进拉普拉斯高斯滤波器(MLOG)结合频谱调幅(SAM)的早期故障诊断方法。以滤波后信号的峭度最大值为指标,用SSA算法自适应寻找滤波器阶数和标准差的最优参数;用MLOG滤波器对故障信号滤波,去除部分噪声;用SAM方法对滤波后信号的幅值赋予不同的权重进行重构,计算重构信号的平方包络谱,提取故障特征频率。通过仿真信号和不同试验台的真实数据验证,同时对比PSO和GA优化MLOG结果,表明所提SSA-MLOG-SAM方法对滚动轴承早期故障特征提取的有效性和可行性。

    • 滚动轴承疲劳失效故障的数字孪生虚拟实体建模

      2023, 51(3):193-199. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.03.033

      摘要 (57) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对目前基于数据驱动和机制建模的滚动轴承故障诊断方法的不足,提出一种针对疲劳故障的滚动轴承数字孪生虚拟实体模型。基于L-P疲劳失效理论,对滚动轴承全寿命周期的振动响应进行建模。在轴承五自由度非线性滚动振动模型的基础上,考虑滚动体-滚道冲击力的影响,对滚动轴承内、外圈局部缺陷模型进行改进,并提出一种滚动轴承次表面裂纹早期故障模型,从而建立了疲劳失效下的滚动轴承全寿命数字孪生虚拟实体模型。该模型可表征轴承疲劳故障的产生、发展到严重的全过程。对不同类型的轴承疲劳故障虚拟实体数据进行了分析,验证了所建模型的正确性和有效性。

    • 基于多指标优化TQWT和TEO的轴承声发射故障诊断

      2023, 51(3):200-206. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.03.034

      摘要 (46) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对滚动轴承早期故障声发射信号存在信噪比低、调制成分复杂导致故障特征难以识别的问题,提出一种利用多特征指标优化的可调Q因子小波变换(TQWT)和Teager能量算子(TEO)结合的故障诊断方法。以峭度-波形信息熵指标对TQWT参数(主要是品质因子Q)进行自适应选择,分解得到一系列子频带;然后,结合峭度、峰度、稀疏值组成融合指标对子频带进行筛选,对选出的子频带降噪后重构信号;最后求得重构信号Teager能量算子解调谱,通过对解调谱分析得到轴承故障特征信息。仿真和实验数据表明:该方法能在低转速强噪声背景下提取出轴承故障声发射信号中的冲击特征并进行故障诊断。

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