为提高钻削过程的生产效率,研究一种基于改进主成分分析的参数优化模型,对不锈钢钻削工艺参数进行优化选择。以AISI 304不锈钢的钻削工艺参数为研究对象,融入犹豫模糊思想,构建参数优化决策矩阵,使之更加符合实际生产过程,进一步提高了参数优化设计的可靠性。然后在主成分分析的基础上,通过主效应分析得到3组初步优化结果,结合径向基函数（Radial Basis Function,RBF）神经网络进行寻优搜索,最终得到改善效果良好的3组工艺参数组合。将改进主成分法应用于钻削工艺加工过程中,当3组改善后的工艺参数组合（螺旋角,（°）;进给速度,mm/min;主轴转速,r/min）分别为（25,10,900）、（25,11,700）和（26,11,1 000）时,可使改善后钻削工件的表面粗糙度、后刀面磨损量以及钻头振动加速度分别达到Ra 3.154 5μm、0.072 1 mm以及0.134 4 m/s2。将参数优化决策矩阵与主成分分析法相结合,得到最优模糊工艺参数,解决了主成分分析法易造成信息损失的问题,同时使生产决策者可以根据实际生产情况选择合适的工艺参数组合。所得参数优化... 更多

采用蚁群算法（Ant Colony Optimization,ACO）求解棉花搬运机器人全局路径规划时,会出现规划效率低、蚁群算法参数的改变对规划效果影响大等问题。提出了一种粒子群参数优化的改进蚁群算法,该算法能够根据地图情况的不同智能地调节参数组合,从而在各种地图中能够发挥蚁群算法的最佳性能。通过实验数据分析蚁群算法重要参数对规划效率的影响,进行参数优化;针对改进后算法耗时大的问题,提出粒子群算法的动态惯性权重调整策略和改进的蚁群算法信息素更新策略,保证求解质量的同时,提高了优化效率,在障碍物分布不同的地图中进行仿真实验,通过与蚁群算法路径规划结果的对比,证明了粒子群参数优化的改进蚁群算法能够发挥蚁群算法最佳性能,可提高移动机器人到达目标点的速度并降低机器人运动过程中的损耗。

针对大规模车间调度问题,提出了一种混沌压缩非线性粒子群算法。首先运用多种群策略增加粒子多样性,结合混沌策略和非线性策略改进惯性权重,以平衡全局和局部搜索能力,加快算法后期收敛速度;再引入压缩因子改进算法速度更新公式,加大算法前期搜索范围,以防止算法陷入局部最优;最后用6种车间作业经典算例分别对粒子群算法、遗传算法、灰狼算法和混沌压缩非线性粒子群算法进行检验。实验结果表明,该方法可以显著提升粒子群算法的收敛精度和速度,对于实际大规模车间调度问题适应性较好,能有效提高车间的生产效率。

通过分析现有柔性车间调度问题特点和对相关算法进行研究,提出了基于改进非支配排序遗传算法（Non-Dominated Sorted Genetic Algorithm-II,NSGA2）的调度方法求解该问题。针对非支配排序遗传算法中存在种群多样性低、运算速度慢等缺点,提出了基于拥挤度的自适应交叉算子,并借鉴竞标机制思想,将竞争选择方法引入非支配排序遗传算法中,以提高求解质量。通过实验仿真以验证所提算法的有效性与可行性。

针对航天复杂产品装配车间调度问题,提出一种改进的磷虾群-禁忌算法。首先,通过分析装配车间生产过程,建立以最大完工时间最小为调度目标的复杂产品装配调度数学模型;其次,在初始化阶段,通过对初始解进行优选和随机初始化相结合的方式来提高初始解的质量,并保证种群多样性,在解码阶段,利用基于排列和启发式规则的解码方式将种群个体调度解转化为调度目标,同时结合磷虾群（Krill Herd,KH）算法的全局搜索能力和禁忌搜索（Tabu Search,TS）算法的局部搜索能力来提高求解质量和效率;最后,利用正交试验法确定磷虾群-禁忌算法的最佳相关参数组合,并基于相关文献中的标准算例与不同算法进行对比,结果表明,磷虾群-禁忌算法在求解质量和稳定性上均优于其他对比算法。

针对大多数机械手只具有微机控制或程序控制,无法实现与人手动作同步的不足,设计了15自由度无线同步仿生机械手系统。采用体感机械手套实时采集人手动作并无线发送给仿生机械手。15自由度仿生机械手采用微分算法调节舵机转动角度,实现同步模仿人手抓取等动作。经过测试分析,无线同步仿生机械手系统抓取不规则形状或柔软物体用时均小于2 s,每根手指抓取误差均小于0.9°。

针对工业机械臂在高速、高负载运行过程中存在抖动过大、定位精度不足等问题,以UR10工业机械臂为研究对象,采用ANSYS软件对其位置精度及可靠性进行仿真分析。建立了UR10工业机械臂有限元模型,设计并计算了UR10工业机械臂在某运动工况下的运动轨迹和动态应力,从而得到了机械臂在不同驱动速度下,完成相同运动状态的末端工具位置精度;分析了随机变量材料属性、外部负载和内部驱动速度对末端工具位置精度可靠性的影响。试验结果表明,机械臂内部驱动速度对末端位置精度的影响最大,其可靠性为98%。

运用有限元分析理论,在ANSYS Workbench有限元软件中建立应急监测拖车车身骨架结构的有限元模型,并对其进行静力学分析和模态分析。根据分析结果采用拓扑优化方法对应急监测拖车车身骨架进行拓扑优化设计,根据拓扑优化结果并结合车身骨架的设计和制造工艺要求,对车身骨架结构重新进行布局和设计,得到优化后的车身骨架结构。通过相对灵敏度分析找出对车身骨架性能不敏感但对车重敏感的设计变量,采用多目标尺寸优化的方法对应急监测拖车车身骨架结构进行轻量化设计,并对其在水平弯曲、极限扭转、紧急制动和紧急转弯4种典型工况下的性能进行对比。结果表明:优化后的车身骨架在满足各项性能要求的前提下,实现减重86.57 kg,减重率为14.08%,取得了一定的轻量化效果。

加工出3种非光滑仿生表面制动盘,即表面沟槽盘、表面圆坑盘和表面沟槽圆坑盘,利用有限元软件ABAQUS对3种非光滑仿生表面制动盘进行制动摩擦尖叫行为有限元分析,并与光滑制动盘进行对比。结果表明,制动器的振动模态主要表现为制动盘的面内和面外振动,并伴随有制动夹钳以及摩擦片的弯曲扭转运动。利用复特征值法计算系统尖叫倾向性系数后发现,制动盘表面经过非光滑仿生处理后,制动器的摩擦尖叫倾向性发生了明显改变,表面沟槽圆坑盘抑制尖叫的效果最佳,而表面沟槽盘在三者之中抑制尖叫的效果最弱。进一步采用瞬时动态分析对结果进行验证,结果表明:制动盘表面经过非光滑仿生处理后,系统振动加速度信号、弹性位移信号以及界面力信号的强度均有所降低,且表面沟槽圆坑盘在降低系统振动强度方面效果最为显著,系统稳定性得到明显提高;但是,由于沟槽和圆坑的棱边可能会形成应力集中区,因此可以采用抛光、打磨等方式对棱边进行一定处理,以提高表面使用寿命

分插机构中高速齿轮的传动性能直接影响着旱地洋葱插秧机的插秧精度与使用寿命。以工程仿生学和有限元理论为基础,为实现齿轮的参数化建模,在SolidWorks软件中建立了高精度齿轮模型,运用ANSYS Workbench软件分析了仿生球形凹坑表面形态齿轮的动力学性能。通过对普通齿轮和仿生球形凹坑表面形态齿轮（仿生齿轮）进行模态分析及静力学分析,分别计算出前10阶固有频率及振型,同时分析了其接触应力与应变状态,并用nCode软件对仿生齿轮和普通齿轮进行了疲劳寿命分析。结果表明,相对于普通齿轮,仿生齿轮的各阶最大振幅更小,其固有频率数值和范围明显减小,整体趋势更加平稳。仿生齿轮可改善接触应力分布状态,减小接触应力,还能存储磨屑并形成局部油池,从而降低齿轮的磨损程度。仿生齿轮的最大疲劳损伤和最小疲劳寿命相对于普通齿轮分别减小了27.64%和增大了38.16%,有效改善了齿轮的力学性能,提高了齿轮传动的可靠性和使用寿命。

针对装备制造、航空航天等领域中许多高性能要求的大型椭球薄壁类零/部件在仿形加工过程中数据量大、工件表面细微特征复杂的加工难点,提出了一种大型椭球类复杂曲面仿形加工点云数据去噪光顺算法。去噪光顺算法利用S-H-ESD（Seasonal-Hybrid-ESD）算法将点云数据分解,以进行噪声点的识别与光顺,然后利用改进后的双边滤波算法对点云数据进行整体光顺。最后通过实验,以某装备制造现场采集的大型球冠工件点云数据作为实验对象,证明了该算法能够快速有效地进行大型椭球类复杂曲面点云数据的去噪与光顺。

针对机器人存在的几何参数误差影响绝对定位精度的问题,提出一种基于双目视觉测量系统的机器人误差检测方法。采用修正的DH（MDH）模型建立了带几何误差的机器人运动学模型,根据工具中心点（TCP）实测点与误差补偿后的理论点应重合的原理,推导出误差辨识模型。为构建约束方程,利用平面和空间圆拟合,实现了测量坐标系到基坐标系的转换。通过仿真确定了可辨识的误差,初步验证了误差检测方法的有效性。搭建了误差检测实验装置,使用Handyprobe光笔测量仪进行了误差检测实验。误差补偿后,检验点组绝对定位误差均值减小81.02%,证明了基于双目视觉测量系统的机器人误差检测方法的有效性和可行性。

钢化玻璃的表面应力是反映其质量的最重要指标,但现行的离线检测手段已不能满足智能化生产的需求。为了响应智能化生产线中对应力检测的要求,提出了一种钢化玻璃应力在线检测系统,通过远程监控、检测控制和运动执行的3层架构实现了与生产线结合的快速检测和实时监控,并介绍了在线检测系统的软/硬件设计和配置。试验结果表明:所设计的在线检测系统能够进行实时在线检测,且检测结果能实时反馈给生产线以调整钢化炉的工艺参数,从而保证产品质量,为钢化玻璃表面应力的在线检测提出了一种新的解决方案。

冷弯空心型钢断面的长、宽和弯角外圆弧半径等参数是其产品质量参数,生产中产品质量参数检测常采用人工测量方式,存在检测参数实时性差、测量参数精度不高及受人为因素影响等问题。基于线结构光测量原理,采用计算机视觉测量技术和自动化技术,设计了冷弯空心型钢三维在线质量检测系统,实现了系统的硬件结构、标定流程以及检测算法。设计的内容包括:提出了一种基于亚像素的线结构光中心线提取和精准圆拟合算法;实现了相机的标定以及单目、多目系统的标定;针对品质参数中的弯角测量采用一种三维点云数据处理方法,可以满足测量要求。经系统运行测试,系统误差为+0.2 mm以内,能够满足系统在线测量的性能要求。

针对传统故障监测与诊断算法在船舶柴油发动机燃油系统应用中精度较低的问题,提出一种基于粒子群优化（Particle Swarm Optimization,PSO）算法优化核主成分分析（Kernel Principal Component Analysis,KPCA）和支持向量机（Support Vector Machine,SVM）的故障监测和诊断新方法。首先采用KPCA提取样本数据中的非线性特征,获取其高维信息,同时在特征空间中构建T2和SPE统计量,实时监测故障的发生;对于监测到的故障样本,通过KPCA提取其非线性主成分,作为多分类SVM的输入样本进行故障模式识别,采用PSO算法分别对KPCA与多分类SVM的核函数参数、多分类SVM的惩罚因子进行优化,以提高故障监测和诊断模型的精度。船舶燃油系统故障监测和诊断试验结果表明,经过PSO优化后的KPCA-SVM故障监测和诊断模型的精度明显提高,验证了所提方法的优势和有效性。

为推动汽车电子水泵技术的发展,基于无刷直流电机和磁场定向控制算法设计了一款额定工作电压为12 V、额定功率为200 W的汽车电子水泵控制系统。选择Infineon TLE987X作为该系统的主控芯片,对传统的磁场定向控制算法进行改进,提出半闭环电机启动方式,结合空间电压矢量脉宽调制技术,设计汽车电子水泵的控制策略。设计实验对该控制系统进行性能测试,测试结果表明,汽车电子水泵控制系统能够稳定工作,性能指标满足设计要求。

磁流变抛光技术是一种先进的光学制造技术,正在向超硬、超软等难加工材料抛光应用方面拓展。现有磁流变抛光机床循环系统中的离心泵存在泵送效率和稳定性低等问题,不能适应宽范围抛光液的高性能循环要求。为了分析磁流变抛光用离心泵的泵送特性,提出了一种利用Pumplinx软件对磁流变抛光机床中的离心泵泵送特性进行数值仿真的研究方法。仿真结果与实验结果对比表明:泵送效率的最大误差为13.4%,而泵送流量稳定性的最大误差为17.4%。证明了基于Pumplinx软件研究磁流变抛光用离心泵泵送特性的方法具有一定的可行性,为离心泵优化提供了良好的技术支持。

以含间隙的曲柄滑块为研究对象,针对干摩擦铰接处不同间隙对曲柄滑块动态特性的影响进行研究。采用非线性弹簧阻尼碰撞力模型和修正的库伦摩擦力间隙碰撞模型,运用牛顿-欧拉法建立动力学方程;基于MATLAB软件,运用龙格库塔法进行动力学求解,分析不同间隙尺寸对曲柄滑块动态特性的影响。研究结果表明:间隙的存在,导致曲柄滑块动态特性出现明显的振荡,且随着间隙的增大,曲柄滑块的振荡强度和幅值逐渐增大,振动的频率降低;其产生的碰撞力直接影响机构的运动精度和稳定性。

推进液压系统是盾构机的关键设备之一,对盾构掘进姿态、隧道开挖速度以及掌子面的稳定起着至关重要的作用。常规推进液压系统采用比例调速阀及比例溢流阀控制系统的速度与压力,利用PID算法抑制推进过程中系统的速度和压力的波动。该常规PID控制方法在稳定性较高的地质条件下效果明显,但在软弱不均的地质环境下波动明显,影响开挖速度及精度。通过对系统及推进过程中的稳态性误差进行分析,建立系统AMEsim仿真模型;然后利用Simulink算法建立一种BP神经网络控制器,将AMEsim模型与Simulink算法的BP神经网络控制器进行联合仿真。结果表明:与常规PID控制相比,BP神经网络结合PID控制策略针对变流量、变压力工况有更好的响应特性,可以更好地抑制速度与压力的波动。

传统手势识别设备很难同时满足识别精度与便携性的要求,同时,基于单一传感器的手势识别策略获取的信息较少,识别结果易受各种因素的影响。而相较于传统的摇杆控制方式,手势控制方式更为便捷,并且可实现远距离操作。基于此背景提出了基于多源信息融合的肌电轮椅智能控制技术研究,设计了一套便携式肌电信号与运动信息采集系统,其中运动信息包括加速度信号和角度信号。利用极限学习机构建识别算法模型,优化了融合分类结构,并以此识别结果控制轮椅运动。实验结果表明:相较于单一传感器手势识别方案,识别准确率提升了6.1%～12.3%,达到了94.7%;相较于传统模式识别方法,分类准确率提升了1.5%～6.0%,并且,轮椅控制系统的在线平均识别率达到了95.2%,满足实时性要求。

针对光固化模具的叶轮快速铸造车间存在生产流程不合理,生产线平衡率较低的问题,以叶轮快速铸造工艺生产线为研究对象,建立了一个优化与仿真的系统框架。采用ARENA仿真软件作为平台进行建模,分析仿真结果,找出人员安排不合理的地方,采用预定动作时间标准法的MOD法对瓶颈工序进行分析、改善和优化。将改善后的快速铸造工艺生产线平衡率和优化前的数据进行对比分析,结果表明,改善后的生产线平衡率为67.2%,生产线损失率为32.8%,生产线损失率降低了28.42%,生产流程和人员分配更加合理。

在"工业4.0"和《中国制造2025》的时代背景下,工业机器人的发展获得广泛关注,但作为工业机器人关键技术之一的整机性能测评体系却并没有紧跟上发展需求,严重制约了工业机器人的充分发展。总结了工业机器人整机性能测评体系主要内容,阐述了国内外测评体系的发展历程及当前发展现状,分析了国内外性能测评体系所存在的问题,并针对性地提出了有建设性的测评方案,同时对测评体系未来研究趋势做出展望。

点云数据采集技术的日趋成熟使点云模型广泛应用于多个领域,然而,由于多种因素的影响造成点云数据缺失,形成各类孔洞,点云模型孔洞缺陷的存在不仅影响点云模型显示效果,还给下游工作带来很大障碍。首先对点云模型孔洞的成因及类型进行归纳和分析;然后从散乱点云、网格模型和体数据三方面对现有点云模型孔洞修补方法的原理及其优缺点进行详细介绍;最后展望了点云模型孔洞修补技术的发展趋势及需要解决的难题,对后续该领域研究具有参考意义。