卵形截面钢丝螺旋弹簧如今广泛应用于发动机气门弹簧、离合器弹簧等领域。基于弹性理论,对卵形截面钢丝螺旋弹簧切应力进行分析,提出一种切应力计算方法。弹簧截面扭转基本方程为非齐次偏微分方程。通过换元法、分离变量法及Fourier展开法得到截面扭转切应力,基于半逆解法得到弯曲情况下的切应力,将修正后的扭转切应力和弯曲切应力叠加得到总切应力。通过有限元仿真,验证了计算方法的正确性。基于带精英策略的快速非支配排序遗传算法(a fast elitist Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-Ⅱ,NSGA-Ⅱ)和上述切应力计算方法提出了一种卵形截面钢丝螺旋弹簧多目标优化设计方法。优化结果表明,该方法可以为卵形截面钢丝螺旋弹簧的设计提供参考。

电火花成型机主轴的驱动系统一般采用旋转电机+滚珠丝杠机构,其结构特性导致线速度、加速度及定位精度均有限。在一些极端加工条件下,可能出现排屑困难,导致无法满足超高速、超精密电火花加工需求。针对上述问题,设计了直线电机直接驱动系统,提出了一种前馈型模糊二自由度PID(two Degree Of Freedom-PID,2DOF-PID)控制器结构。建立了电机矢量控制系统的数学模型,设计了模糊2DOF-PID速度控制器。通过模糊规则实时调整2DOF-PID参数,采用该控制器的直线电机控制系统不仅能使跟踪能力和抗干扰能力同时达到最优,且能够满足主轴快速平稳的换向要求。仿真结果显示,模糊2DOF-PID速度控制器的响应速度是传统PID控制器的3.7倍;在受到外部突加扰动时,模糊2DOF-PID速度控制器的速度波动量仅为传统PID控制器的1/8,能较好适用于电火花成型加工。

为了快速获取用户感性评价并用于产品的改进设计,提出一种基于在线评论挖掘的产品感性评价方法。采用爬虫技术从网络平台获取用户对产品的在线评论数据,构建在线评论原始语料库;通过分词技术和词向量技术预处理数据,将文本评论转化为词向量表达形式;挖掘在线评论数据,构建用户极性词典并获取产品特征;分析用户关注特征和在线评论数据,为制造企业提出产品改进措施。最后以笔记本电脑为例,基于在线评论和产品规格说明书,构建在线评论原始语料库并进行数据预处理,获取产品特征,分析用户评价,验证所提理论与方法的可行性和有效性,为改进产品设计提供依据。

针对目前国内外机器人建模和仿真能力较差,软件功能扩展性和开放性较差,无法满足机器人协同控制要求的现状,提出了一种基于V-REP的双机器人协同运动控制方法。首先在仿真软件中建立机器人模型并生成运动路径,通过逆向运动学计算获取协同搬运路径对应的关节参数,然后在V-REP软件中建立双机器人模型,并通过Lua脚本语言控制双机器人进行协同运动仿真。采用所提出的方法对双机器人协同搬运过程进行仿真和实验,结果表明该方法有效可行,为以后的其他机器人运动仿真提供了参考。

为实现CAD模型未知情况下的喷涂机器人自动轨迹规划,提出了一种基于工件三维点云直接生成喷涂轨迹的方法,并使用改进的正交匹配追踪(Orthogonal Matching Pursuit,OMP)算法进行轨迹优化。首先,将理想涂层厚度函数视作原始信号,通过引入信赖域反射算法解决了投影系数的约束问题,应用OMP算法进行涂层厚度重建,并求出每条喷涂轨迹的位置和喷枪速率。然后,对预处理后的点云模型应用轨迹生成算法得到工件表面的喷涂轨迹,通过坐标变换和姿态解算生成机器人喷涂轨迹。最后,对扫描获取的待喷涂曲面使用上述方法进行仿真。仿真结果显示,重建涂层厚度误差为4.28%,满足均匀性要求,喷涂时间显著缩短,表明所提出的轨迹规划和优化方法是可行的。

为了满足当前工业机器人控制系统对开放性、实时性和控制精度的要求,在CODESYS软件开发环境下,基于PLCopen标准,设计了一种满足各类工业机器人的通用型运动控制系统软件框架,能够实现多关节工业机器人的正/逆运动学求解以及直线和圆弧插补。此外,在CODESYS软件环境下,设计了可视化界面。最后以六自由度串联工业机器人为对象搭建了实验平台,进行了实验验证。结果表明,所设计的软件框架满足设计精度和实时性等要求,并对多关节工业机器人具有很好的通用性。

为了得到多机器人系统在无碰撞前提下的较优路径,设计了分层协同规划系统。该系统包括3个子模块,分别为全局最优路径规划模块、碰撞检测模块和避撞模块。在全局路径规划方面,在蚁群算法中加入了多子群并行搜索策略和基于信息素的子群经验交流策略,提出了基于并行排序蚁群算法的路径规划方法。在碰撞检测方面,提出了三维时空状态图的概念,基于机器人路径栅格在三维时空状态图的分布给出了碰撞检测结果。在避撞方面,建立了避撞的博弈论模型,基于博弈论得到了集体代价最小的避撞策略。在30 m×30 m的复杂栅格环境中验证,并行排序蚁群算法规划路径的目标函数平均值比传统蚁群算法减小了5.25%,比改进蚁群算法减小了3.66%,验证了并行排序蚁群算法在全局路径规划中的优越性。在20 m×20 m栅格环境中利用4个机器人进行避撞策略检测,从结果可以看出,基于博弈论的避撞策略可以有效避免机器人间的碰撞,实现机器人的安全行驶。

为解决传统板级电路组装生产线存在数据采集困难、信息孤岛及管理水平低等问题,建设了基于Cobweb平台的板级电路组装生产线信息化系统。配置了物流、设备、产品及人员等采集管理模块,优化了作业流程,具备了多源异构数据采集和分析关键设备的采集信息的功能。通过实施实现了物料、设备状态的实时监控和生产数据的采集、分析和追溯,提高了生产线作业管理效率和质量。

针对兼顾汽车行驶平顺性和馈能特性的需求,提出了一种新型磁流变互联悬架模型。先构建磁流变减振器力学与馈能的理论模型,并通过Simulink软件搭建磁流变减振器模型和磁流变互联悬架模型,分析影响馈能特性的主要参数;基于整车仿真模型,以30 km/h车速和一段C级路面为激励输入,对磁流变互联悬架与传统液压互联悬架进行对比仿真,分析互联悬架在实际路面激励下馈能特性和汽车行驶平顺性的变化规律。结果表明:磁流变互联悬架的减振效果更好;在满足车辆行驶平顺性需求的前提下,具有有效回收互联悬架振动能量和提高抗俯仰侧倾的能力。

为了进一步提高汽车底盘协同控制的稳定性与可靠性,设计了一种新的协同控制系统,该协同控制系统由主动转向控制器和电子稳定控制系统(Electronic Stability Program,ESP)控制器组成。ESP控制器基于滑模变结构控制方法中滑模面的模糊逻辑调整策略,并利用模糊控制器建立可跟随车辆状态变化的动态滑模面,与主动转向系统进行协同控制研究。最后基于硬件在环试验平台完成了低路面附着系数和高路面附着系数路面的双移线工况试验分析,试验结果表明:相较其他控制方法,基于主动转向与模糊滑模控制ESP的协同控制可以更好地改善车辆在不同工况下行驶时的操纵稳定性和安全性。

防侧滚装置是中低速磁浮车辆悬浮架的关键部件。首先针对悬挂中置式悬浮架的防侧滚装置进行了3种工况下的静力学分析,由计算结果发现当前防侧滚装置的片梁结构具有进一步优化的空间。通过拓扑优化计算得到改进后的防侧滚片梁结构,并对新结构进行静强度校核,校核结果表明新结构满足设计要求,且相比原结构单个防侧滚片梁减重约26.5%,一定程度上达到了轻量化设计目标。

针对零件加工误差和变形误差对装配误差的耦合影响问题,研究了一种采用小位移旋量(Small Displacement Torsors,SDT)、齐次坐标变换理论建立的包含零件加工误差和变形误差的装配误差传递模型。首先,分析了两零件配合时由于零件加工误差和变形误差造成的装配误差。其次,对零件配合面点云数据和ANSYS分析的变形节点数据进行拟合。最后,采用SDT和齐次坐标变换理论建立装配误差传递模型。结果表明,通过该模型计算出的装配误差与真实装配情况一致,为误差控制、装配体末端误差预测以及关键误差源的识别提供了理论基础。

刀具剩余寿命预测对保证设备正常运行和提高生产效率具有重要意义。建立了一种改进的基于一维卷积神经网络(one-Dimensional Convolutional Neural Network,1DCNN)和双向门控循环单元(Bidirectional Gated Recurrent Unit,Bi GRU)的铣刀剩余寿命预测混合模型。借助评分函数能对误差进行不同程度的惩罚,在均方误差函数的基础上引入评分函数,构造了一种基于均方误差和评分函数(MSE-Score)的调和平均(Harmonic Mean-MSE-Score, HM-MSE-Score)损失函数;利用卷积层和池化层代替Bi GRUs处理后的全连接层,设计了1DCNN-BiGRUs-CP混合模型,实现铣刀剩余寿命预测。结合铣刀磨损实验,验证了该预测混合模型具有较高的预测精度和较快的运行速度,研究结果能为数控加工过程中铣刀剩余寿命预测提供理论依据。

为探究超声辅助磨削过程中不同工具的磨损特征,采用电镀和钎焊两种金刚石磨头对碳化硅陶瓷进行了超声辅助磨削和普通磨削对比试验,研究了超声振动作用、工具类型对磨粒磨损形式及其变化过程的影响,在此基础上分析了磨粒磨损形式对工件表面质量的影响。试验结果表明:对于电镀磨头,普通磨削和超声辅助磨削过程中的磨粒磨损形式均以磨耗磨损和宏观破碎为主,超声振动作用可有效改善加工表面质量;而对于钎焊磨头,普通磨削的磨粒磨损形式主要是磨耗磨损和宏观破碎,超声辅助磨削的磨粒磨损形式主要是磨耗磨损和微破碎,初始阶段超声振动作用可改善表面质量,但随着磨削行程的增加,微破碎形式的占比增高,超声辅助磨削时的工件表面粗糙度值高于普通磨削时的工件表面粗糙度值。

地铁某线发生了大量的扣件T型螺栓异常断裂现象,极大地影响了运营安全,进而导致该区段限速40 km/h运行,降低了运输效率;为了恢复安全运营速度,提升该区段的运输效率,需要进行病害原因分析及治理。进行了地铁列车多级速度(40、60和75 km/h)运行试验,试验后钢轨及扣件T型螺栓振动加速度频谱分析表明,不同速度级下,轮轨共振频率、列车行车速度和波磨特征波长三者高度相关;因此认为,行车速度75 km/h下短波波磨引起的扣件系统的760 Hz处的共振现象是扣件T型螺栓异常断裂的主要原因。针对此问题对该区段施行了综合治理方案:1)更换反复断裂的扣件组;2)钢轨打磨;3)调节钢轨及T型螺栓的振动频率。治理措施完成后,对该区段进行为期1年的恢复速度工况下的跟踪监测,结果表明,该区段25 mm短波波磨未复发,钢轨及扣件T型螺栓振动能量显著降低,共振峰值消失,且扣件T型螺栓未再发生断裂。经过治理后,该区段运营速度恢复至75 km/h,综合治理方案达到提升区段运输安全及效率的目标。

标准工时的制定是智能制造系统进行生产率管理的核心。基于传统制造系统标准工时的计算原理及概率论相关理论,针对智能制造系统中工业机器人的工作特点,将其标准工时的构成分为无故障工时、故障时间和管理工时,研究其标准工时的计算方法。其中重点探索了工业机器人故障因素对其标准工时的影响规律,并讨论了发生故障概率分布的获取。经实际案例数据验证,该计算方法可以高效、准确地估算工业机器人的标准工时。

研究结构几何尺寸、结构材料体积及作用载荷不确定条件下的连续体结构可靠性拓扑优化问题,提出基于改进比例拓扑优化(Improved Proportional Topology Optimization, IPTO)算法的可靠性拓扑优化方法。基于概率方法描述变量的不确定性,建立综合考虑材料体积约束和可靠性约束且使柔度最小的连续体结构可靠性拓扑优化数学模型;为提高计算效率,使用基于解耦思想的混合法将可靠性拓扑优化问题解耦成可靠性分析和当量确定性拓扑优化两个独立子问题。在可靠性分析阶段,遵循一阶可靠度法中可靠性指标的几何意义,获取满足可靠性约束且服从正态分布的随机变量,并通过逆变换对其进行修正;在当量确定性拓扑优化阶段,以修正后的随机变量作为设计参数,使用具有无需获取灵敏度信息功能的IPTO算法对结构执行拓扑优化设计。最后使用MBB梁和悬臂梁两个算例证实了所提方法的有效性。

诸如柱塞、轴承和轮辋之类器件在工作时的摩擦形式一般都比较复杂,为研究这类高速运动副在不同动态工况下的表现,设计了一种全新结构的环-块摩擦试验机来解决现有环-块摩擦试验机加载灵活性差的问题。该机配套基于虚拟仪器的伺服控制和数据采集系统,实现了闭环控制和集成化交互界面,能够适应试验对各类动态工况的需求,并支持摩擦系数、载荷和温度等数据的实时采集与同步显示。样机测试结果表明,该机所得结果可重现性强,试验运行过程稳定可靠。

随着汽车网络中电子控制单元数量越来越多,车载CAN总线的诊断测试工作量急剧增加,传统测试方法已难以满足测试需求,为此提出一种自动化测试方法,在CANdela Studio平台下进行UDS诊断协议开发,实现ECU诊断协议集成,并将其移植到仿真测试工程中自动生成诊断测试用例,实现诊断自动化测试,极大地优化了诊断协议开发过程,进而提高了诊断自动化测试效率。

为解决现有矿山机械输送带易失效损坏,其骨架织物织造效率低、纬纱张力不均及高速时剑杆振动易脱针等缺陷,研发了五剑杆织机。对五剑杆织机中引纬机构进行研究,设计了新型五剑杆引纬工艺,基于五剑杆引纬工艺设计了引纬机构和5层纬纱张力均匀装置,并利用ANSYS Workbench软件对关键部件剑杆的刚度及强度进行有限元分析,基于响应面法,以剑杆的最大变形为优化目标,对剑杆结构参数进行优化设计,最后在Adams软件中进行运动学仿真得到其运动曲线。结果表明:剑杆内径d1和外径D2对最大变形和最大应力敏感度最高。优化方案相较原方案最大变形减小了22.8%,最大应力减小了21.9%,仿真结果表明剑杆在中后期振动较大、振动幅值在允许范围之内。该设计与所得结果可为多剑杆织机的研发提供借鉴与参考。

针对废旧汽车发动机再制造过程绿色经济效益评价指标之间存在相互影响、相互关联的情况,引入决策试验和评价实验室(Decision-Making Trial and Evaluation Laboratory,DEMATEL)法以及基于2-可加模糊测度的Choquet积分法进行综合评价。首先,对废旧汽车发动机再制造过程绿色经济效益的影响因素进行剖析,在此基础上构建了一套较为科学合理的绿色经济效益评价指标体系;其次,利用DEMATEL法来识别指标之间的相互影响关系,并以此来确定指标权重;然后,考虑到指标之间存在相互关联的情况,利用基于2-可加模糊测度的Choquet积分法来计算绿色经济效益评价值;最后,选取4家再制造公司进行实证分析,以验证所构建方法的可行性和有效性。研究表明,所构建方法可以考虑到指标之间相互影响、相互关联的情况,因此能够得到较为准确的评价结果。

仓储物流机器人一直是国内外学者研究的热点领域。为了深入分析国内外学者对仓储物流机器人的研究现状和趋势,针对近年来相关文献进行分析总结,首先,归纳出了3种常见的仓储物流机器人;其次,分析了仓储物流机器人室内导航相关技术;接着介绍了仓储物流机器人的任务分配和路径规划方法以及常见的避障方法的研究现状;最后,剖析了仓储物流机器人的研究趋势和方向,为仓储物流机器人未来研究提供了参考。