狭长空间内重载调姿装配机器人的设计与研究

针对舱体类狭长空间内部待安装设备种类多、批量大、载荷重、空间余量微小、装配路径复杂、装配风险高等问题,设计了一种重载调姿装配机器人。在机器人运动学研究的基础上,建立了误差模型,并以最小包围球半径为约束条件,通过遗传算法将误差参数的辨识结果补偿到机器人控制系统。以机柜装配为例,针对空间约束条件规划工作路径,基于动力学约束能耗函数模型,以时间、冲击和能耗为优化目标,得到多目标最优轨迹。样机实验验证了误差参数辨识的有效性,减小了机器人的绝对定位误差,且多目标最优轨迹的关节总冲击小、运动平稳,实现了机柜类设备高效、平稳、可靠的安装。

舵类结构件几何量误差视觉检测方法及误差评定

针对现有接触式测量方法装夹定位后只能测量一种或两种参数、检测效率低等问题,提出一种舵类结构件几何量误差和装配误差视觉检测方法。首先,利用计算机视觉系统获取舵轴和舵面区域图像,利用图像预处理技术去除图像畸变和噪声,为了更有效地提取舵类结构件边缘,分别采用Sobel算子、Scharr算子、Laplace算子和Canny算子对图像进行边缘检测以确定轮廓,实验对比发现Scharr算子处理后的舵轴图像边缘更清晰且无间断,Canny算子处理后的摇臂图像边缘比较清晰,因此选用Scharr算子提取舵轴图像边缘、Canny算子提取摇臂图像边缘。结合被测要素特点,采用霍夫直线和霍夫圆检测方法提取舵面边缘线特征、舵轴母线特征、摇臂圆轮廓特征;确定了舵芯对称度、舵轴垂直度、摇臂夹角的基准要素,构建了几何量误差检测目标函数,运用自适应遗传算法计算最优解;结合相机标定的内外参矩阵,得到舵芯对称度、舵轴垂直度、摇臂夹角的测量值。最后,研发了舵类结构件几何量误差和装配误差视觉检测软件,搭建了视觉检测实验平台,实现了几何量误差及装配角度误差快速检测功能。经过多次重复测量实验,对称度检测精度达到0.055 mm,垂直度检测精度达到0.225 mm,装配角度检测精度达到0.772°,完成单次检测耗时7 s。该方法不仅提高了几何量误差检测精度和检测效率,同时有助于提高舵类结构件成型-制造-在机检测的自动化和智能化水平。

基于GMM的流体旋转设备运行可靠性在线评价方法

针对流体旋转设备运行工况多变且难以区分,导致运行可靠性评价准确率低的问题,提出了一种基于高斯混合模型(GMM)的流体旋转设备运行可靠性在线性评价方法。首先,根据设备历史运行数据,基于快速搜索和发现密度峰值的聚类算法(DPC),进行工况划分,构建不同工况条件下的基于GMM的运行可靠性基准模型;其次,使用XGBoost算法对设备实时运行状态进行工况识别,约减冗余指标,构建设备运行可靠性的评价指标体系;然后,计算度量评价指标与对应工况下基准模型指标的偏离程度,以马氏距离作为度量标准,进一步计算得到设备运行可靠性评价指数;最后,以矿用离心机设备为例,进行了多工况下的运行可靠性实例分析和模型验证。研究结果表明,该方法能够在线实时反应设备当前的运行可靠性水平,当离心机设备运行可靠性低于0.857时,认为设备进入劣化状态,且评价准确率达到98%以上。

数控装备误差补偿关键技术研究

制造业虚拟工厂模式可以降本增效、优化服务质量,是应对全球化激烈竞争的不二选择。在该模式下,为不断提升产品质量,主要研究与之生产过程相关的数控装备精度提升关键技术即误差补偿关键技术,具体包括误差源分析、误差建模、误差测量及误差数据处理。由此,以五轴机床为数控装备的代表,找出了影响其精度的45项几何误差;并通过误差建模,构建了这45项误差与五轴机床系统总误差的关系;其次,根据五轴机床误差特性,构建了测量系统,并证实了该系统的有效性;最后,针对测量数据,展开误差处理分析,解决了非测量节点数据问题,同时大幅降低了数据量信息,为快速有效地进行误差补偿奠定了数据基础。

高速-重载全地形车仿生悬架系统运动学分析

全球自然灾害形势复杂,极端灾害事件呈频发、高发、突发态势。某型高速-重载全地形车作业过程中会产生剧烈振动,传统减振方案存在诸多影响减振效能的潜在因素。从仿生学原理和生物力学机理入手,探究自然界犀牛、袋鼠的生物缓冲特性与全地形车速度快、承载重、冲击强等应用性能之间的内在联系,结合机械原理,研究一套结构紧凑、抗冲击能力强的仿生悬架系统,响应高速-重载全地形车在复杂地形下应急保障工作的需求。结合几何原理建立仿生悬架系统运动学数学模型,求得各输入、输出角位置参数数值算例,并对三维模型展开位置仿真分析,验证数值算例的正确性。在验证其仿真结果与理论计算结果相符的基础上,对相应角速度及角加速度随时间变化的运动轨迹进行运动学分析,验证该机构在运动过程中的平稳性,表明结构设计符合减小冲击和振荡的实际运行需求。运动学数学模型可为后续结构参数优化、确定减振单元性能、进一步实行控制和试验工作提供可靠的数据资料和理论支撑,有助于提高减振系统研究与设计的效率,缩短研发周期,降低研究成本,同时为其他减振系统研究提供有益参考。

履齿结构对深海沉积物扰动分析

为探究集矿车在行进过程中履带运动对深海沉积物的扰动机理,并建立适用于机械结构与沉积物作用的仿真模型,结合水槽实验和模拟分析,设定对照试验,研究机械结构运动对沉积物的扰动作用和羽状流扩散现象。实验与仿真结果表明:偏置一字形履齿低扰动性能较好,扰动最大速度在1.5 m/s以下;扰动源的下陷深度和转速对水槽中的浊度变化有显著影响,浊度计最大和最小测量值为4 381.3 mg/L和3 073.3 mg/L,相差29.9%,峰值时间相差超过50%。搭建欧拉多相流模型,设定参数和边界条件,仿真与试验结果接近,可用于后续开展小范围内的机械扰动研究。

选煤厂大煤块智能图像识别方法研究

针对现有选煤厂大煤块识别受到大煤块与矸石线性不可分影响,导致识别效率低、识别精度差的问题,设计了一种选煤厂大煤块智能图像识别方法。首先,应用图像采集设备获取煤块混合图像,并对图像进行增强、去噪等操作,以完成图像预处理。然后,计算煤块的面积和厚度,以获取煤块与矸石的物质特征。最后,基于煤块与矸石的X射线衰减曲线完成识别阈值的设定,并结合最小二乘支持向量机解决煤块与矸石的线性不可分问题,从而完成大煤块图像的智能识别。对比试验结果表明,所提方法应用效果较好、识别率及识别精度较高、识别速度较快,总体性能优于对比方法。该方法可大幅提升大煤块图像识别效果,有较高的应用价值。

选煤厂生产线调度最优决策专家系统设计

为提升选煤工艺的运行效率、创造更多的企业效益,设计了一种生产线调度最优决策专家系统。采用多种终端等组件,构建网络连接子系统。采用传感器、采集器等不同设备,构建实时监测子系统。结合上位机与调度决策模块,组成移动调度子系统。以可编程逻辑控制器(PLC)控制程序与调度最优决策方案制定程序作为技术支持,根据最优决策的目标函数模型与约束条件,生成最优调度决策方案。试验结果表明,应用所设计系统,每吨煤炭的最长加工时间最小化至17.69 s,且用于调度的时间仅为17.13 s。由此证明:所设计系统运行速度较快;给出的决策方案完全符合调度目标;煤炭调度时间和加工时间均较短。该系统可行性与实时性优势显著。该设计能为企业创造较好的实践价值与经济效益。

一种新型储能设备轴承组件试验台的设计

在我国的飞轮储能设备轴承组件应用中,其破坏失效影响着飞轮储能设备使用的寿命及可靠性。飞轮储能设备轴承组件验证考核试验是通过专用轴承组件试验台来提供轴承组件试验所需要的各种工况条件,例如工作转速、载荷、工作环境温度和装配特性等,对其进行相关的性能和寿命验证考核试验。文章从实际需求出发,按指标开发出了飞轮储能设备轴承组件试验台,并详细介绍了试验台的整体方案和各个相关的重要分系统,并通过考核试验检验了该试验台的稳定性及可靠性。

基于轻型自限制注意力的结构光相位及深度估计混合网络

相位提取与深度估计是结构光三维测量中的重点环节,目前传统方法在结构光相位提取与深度估计方面存在效率不高、结果不够鲁棒等问题。为了提高深度学习结构光的重建效果,本文提出了一种基于轻型自限制注意力(Light Self-Limited-Attention,LSLA)的结构光相位及深度估计混合网络,即构建一种CNN-Transformer的混合模块,并将构建的混合模块放入U型架构中,实现CNN与Transformer的优势互补。将所提出的网络在结构光相位估计和结构光深度估计两个任务上进行实验,并和其他网络进行对比。实验结果表明:相比其他网络,本文所提出的网络在相位估计和深度估计的细节处理上更加精细,在结构光相位估计实验中,精度最高提升31%;在结构光深度估计实验中,精度最高提升26%。该方法提高了深度神经网络在结构光相位估计及深度估计的准确性。

基于轮轨力测量的新型轨道交通轮对智能运维监测系统研制

轮轨力直接反映了列车-线路耦合状态及车轮服役损伤水平,创新发展轮轨力在线测量技术对保障列车运行安全至关重要。简述了现有直接轮轨力测量系统的工作原理及存在的不足,通过传感器结构设计、数据融合算法及软件处理系统开发,研制了一种新型轨道交通轮对智能运维监测系统(RIM)。基于剪力法轮轨力测量原理,利用设计研发的钢轨卡装式H型剪力传感器组桥阵列及多通道信号重构技术实现了轮轨力的连续测量。同时,通过制定系统测区布置方案,提出各检测功能评价方法,并构建监测系统网络架构,能满足对车轮踏面损伤、车辆偏载及超员检测等功能需求。经某地铁公司现场实测验证,本系统无需对轨道结构进行任何改动,拆装方便快捷,并能连续重叠采集测量区间内的轮轨力信号,有效弥补了单个剪力测量点独立工作产生的测量盲区,实现了轮轨垂向力的米级连续在线测量。

本质安全型可燃气体稀释装置的研制

本文依据JJG 693-2011《可燃气体检测报警器》,针对玻璃浮子流量计存在较大的测量误差,提出选择适宜流量计量限、定点计量及气路切换的设计方案,并研发具有本质安全型可燃气体稀释装置,解决了在复杂现场校准可燃气体检测报警器的难题。

基于深度学习的可见光通信系统室内三维定位

针对目前室内可见光通信系统三维定位的准确率与定位速度依然不佳的问题,提出一种基于深度学习的可见光通信系统室内定位方法。首先,设计了一个神经网络将指纹数据编码成二维阵列,利用卷积神经网络学习指纹阵列与目标位置之间的关系;然后,通过粒子群优化算法自动搜索卷积神经网络的超参数,以降低深度神经网络的训练难度。此外,设计了定位数据训练集、验证集与测试集的划分方法,有助于缓解神经网络的过拟合问题,并提高定位准确性。仿真结果表明,所提方法在6×6×4m3室内环境下的平均定位误差为0.024m,平均定位时间为0.478s。

旋变二次谐波测角误差自校正

旋变幅值误差和正交误差在角速度频谱上表现为旋变转频的二次谐波,是旋变测角误差的主要来源,影响伺服系统角速度控制精度和稳定度。本文提出了一种基于特征频率参考的二次谐波误差自校正方法。首先,分析旋变测角误差产生的机理,获知其幅值误差和正交误差的互不相关性,并证明对旋变输出信号进行幅值调整和相位差调整可实现二次谐波误差校正。然后,在旋变和旋变数字信号转换器(Resolver-to-Digital Converter,RDC)之间设计基于比例放大的幅值校正器和基于交叉调节的相角校正器。最后,根据误差信号在线性控制系统中特征频率不变的特性,对伺服系统进行匀速控制,以角速度频谱中二次谐波频率的幅值为参考基准,分别调整幅值校正器和相角校正器,校正二次谐波误差。实验结果表明:本方法可将旋变二次谐波测角误差幅值降低78.5%,伺服系统速率波动量降低40.5%。本方法实现了旋变二次谐波测角误差的自校正,大幅提升了旋变的测角精度和伺服系统的转速控制稳定度。

星敏感器CMOS电路板靶面自动装调系统

CMOS电路板靶面是星敏感器结构中的关键部分,其安装姿态影响离焦距离的准确性,进而影响星敏感器成像性能。因此,靶面的装调是确保星敏感器成像质量的重要环节。当前,靶面装调主要依靠人工装调完成,存在装调精度低、产品一致性差、周期长等问题,导致产品的良品率较低。为此,研制了一台星敏感器CMOS电路板靶面自动装调设备。采取非接触式测量方式,集成测量模组与微动平台完成CMOS靶面与基准面的相对位姿测量,解决由星敏感器特殊结构造成的狭小空间内高精度测量难题。设计调整机构实现零件任意角度翻转,消除测量方向与装配方向不一致造成系统结构布置复杂的影响。最后,对测量系统进行精度分析,采用局部枚举法开发了调整垫片研磨量算法,解决由平面姿态单一已知量反求多垫片研磨量的欠定问题。实验结果表明:该系统可实现靶面自动装调功能,测量系统的重复性为1.6′,满足技术指标要求。

某型摆式加速度计自动盖总成装配系统

摆式加速度计广泛应用于航空航天、船舶等领域的惯性导航系统中,其装配作业目前主要依赖于人工操作,产品一致性难以保证。鉴于此,本文针对某型摆式加速度计研制了一套自动装配系统。基于宏微结合的设计策略,搭建基于高精度运动滑台的微动平台,以及基于单轴机器人的宏动平台。确立了以微动平台为精调核心,以宏动平台辅助压装并实现不同功能模块工作位置调整的装配机制,同时设计功能模块上中下三层的立体分层式结构,在保证精度的同时避免作业空间的拥挤。引入六轴协作机器人并集成视觉系统,实现作业空间的全覆盖识别和自动化上下料功能。针对磁钢零件磁性力对装配精度的影响,采用零件内部辅助限位的方式,实现零件装配精度的保持。基于刚体变换,对系统进行误差分析并推导了误差补偿模型。实验结果验证,该装配系统的角度装配精度优于±0.03°,压装力精度优于±0.5 N,扭力精度优于±0.003 N·m,满足装配要求,为该型摆式加速度计的批量化生产提供了有力保障。

面向地物混杂背景的偏振光谱图像融合方法

针对偏振光谱图像融合方法在地物混杂背景遥感探测中多尺度变换融合图像存在边缘轮廓细节模糊、对比度不佳的问题,提出一种基于非下采样轮廓波变换的稀疏表示与引导滤波器相结合的图像融合方法,以改善融合图像的质量和视觉效果。首先,该方法通过非下采样轮廓波变换对光谱图像和偏振图像进行多尺度多方向分解,进而将图像分解成不同子带内的特征信息。其次,低频子带采用稀疏表示融合,从而降低融合图像中物体对比度损失。此外,采用引导滤波器融合高频子带,以增强图像轮廓细节信息。最后,对低频与高频融合系数进行非下采样轮廓波逆变换,最终得出融合图像。分析表明融合图像对比度相对于原始光谱图像与偏振度图像分别提升了54.5%和15.4%,更容易区分混杂背景下阴影中的物体。基于此方法对偏振光谱成像仪所采集的不同波长下的光谱与偏振图像进行融合,并实现真彩还原。真彩还原图像证明此融合方法在保留混杂背景下的环境信息的同时实现了物体和背景的有效区分,有效提高了偏振光谱遥感探测成像的图像质量,有助于提升偏振光谱遥感探测成像中图像信息的完整性和真实性,扩大其在复杂环境遥感探测和图像识别中的应用范围。

GCN引导模型视点的光学遥感道路提取网络

在光学遥感图像中,道路易受遮挡物、铺装材料以及周围环境等多重因素的影响,导致其特征模糊不清。然而,现有道路提取方法即使增强其特征感知能力,仍在特征模糊区域存在大量误判。为解决上述问题,本文提出基于GCN引导模型视点的道路提取网络(RGGVNet)。RGGVNet采用编解码结构,并设计基于GCN的视点引导模块(GVPG)在编解码器的连接处反复引导模型视点,从而增强对特征模糊区域的关注。GVPG利用GCN信息传播过程具有平均特征权重的特性,将特征图中不同区域道路显著性水平作为拉普拉斯矩阵,参与到GCN信息传播从而实现引导模型视点。同时,提出密集引导视点策略(DGVS),采用密集连接的方式将编码器、GVPG和解码器相互连接,确保有效引导模型视点的同时缓解优化困难。在解码阶段设计多分辨率特征融合(MRFF)模块,最小化不同尺度道路特征在特征融合和上采样过程中的信息偏移和损失。在两个公开遥感道路数据集中,本文方法IoU分别达到65.84%和69.36%,F1-score分别达到79.40%和81.90%。从定量和定性两方面实验结果可以看出,本文所提方法性能优于其他主流方法。

近红外二区宽谱段光学成像系统设计

针对近红外二区活体小动物荧光成像需求,解决宽谱段内多种波长同时复用问题,研究成像镜组的光学设计方法。以像差校正为设计出发点通过像差曲线的判读逐步迭代镜组结构;通过合理的光焦度分配加大后工作距离;通过玻璃材料选择优化兼顾宽谱段色差控制与能量透过率。最终获得光学系统焦距为40mm的光学结构,在工作距离范围内(200~600 mm),近红外二区波段(0.9~2.3μm)均可保证MTF>0.6@34 lp/mm,RMS点斑尺寸小于像元尺寸15μm,全视场畸变小于1%。经分辨率靶标实拍测试能够达到50μm的分辨能力。该光学设计方案提供了一种全玻璃球面透镜的解决方案,可以满足低探测阈值高质量活体小动物荧光成像需求。

超高压压裂管汇由壬接头预紧特性分析

针对超高压压裂管汇由壬接头安装预紧力不当导致结构破坏或密封泄漏的问题,以某公司研制的175 MPa超高压由壬接头为研究对象,利用ABAQUS建立由壬接触模型,采用有限单元法对该接头进行应力分析与强度评定以及密封性能判定。结果表明:预紧力大小对母由壬应力几乎没有影响,对公由壬、翼型螺母和三瓣挡圈应力有显著影响,且都呈现正相关性,影响程度从高到低依次为公由壬、翼型螺母、三瓣挡圈和母由壬;额定工况下预紧力超过250 kN时,公由壬轴肩圆角处应力超过其材料许用应力,结构静强度不满足要求可能会发生结构破坏;预紧力小于150 kN时,不足以抵抗内压作用,公由壬和母由壬球头锥面密封结构分离;在能够确保球头锥面密封性和结构安全性的150~250 kN预紧力范围内,氢化丁腈橡胶(HNBR)密封圈表面接触应力始终大于实时流体工作压力,密封圈密封性能良好。推荐安装预紧力范围为150~250 kN,在该范围内密封圈结构的静强度以及密封性均能满足要求。