四足机器人行走系统研究综述

四足机器人及其衍生而来的四轮足机器人,凭借其卓越的非结构化地形适应性和机动性,在工业巡检等领域得到广泛应用。本文首先对国内外具有代表性的四足机器人行走系统进行结构和构型分析,对不同构型机器人的优缺点及其环境适应能力进行分类对比阐述。其次,针对四足机器人机动性不足的问题,进一步分析了衍生的四轮足机器人,并阐述了不同轮足配置方式对运动的优缺点。最后,介绍了目前四足机器人典型的控制方法,并指出了四足机器人行走系统未来的发展方向和面临的挑战。

LabVIEW与Matlab的无缝集成

结合实例详细介绍了LabVIEW与Matlab无缝集成的三种常用方法,即COM组件法、中间文件传递参数法和VC++参数类型转化法。利用这些方法可将两种软件取长补短,且便于软件的发布。

基于结合面的大型螺纹磨床整机静动态特性优化

为了准确预测和分析大型螺纹磨床整机的静动态特性,建立的机床整机有限元模型应考虑结合面特性参数。采用弹簧阻尼单元模拟结合面的接触特性,应用吉村允孝法确定各主要结合面的刚度阻尼值,使用ANSYS建立基于结合面特性的大型螺纹磨床整机有限元模型,进而进行静动态特性分析找出其薄弱环节,并研究各结合面刚度对整机动态特性的影响,针对影响较大的结合面刚度进行优化,改善了整机的静动态特性。结合面参数优化后,整机x,y,z方向的静刚度分别提高15%,19%和7%,且整机的各阶模态固有频率均有不同程度提高,其中一阶固频提高达10%,整机的共振振幅降低了约1/2,原机床的振动得到了很好的抑制。

移动式刀具失效巡检系统

为了实现面向产线的柔性化智能刀具失效检测,设计了一种移动式刀具失效巡检系统。通过系统需求分析,针对性地进行了图像采集模块和换刀模块结构设计;通过耦合去噪模块和分类模块,训练了刀具故障诊断模型;通过对机床电流等信号进行分析,实现了失效在线诊断,并与在位检测相结合,解决了检测实时性不足的问题。经过实验验证,移动式刀具失效巡检在实际数控加工过程中进行原位巡检时无错误诊断发生。

基于多体系统理论的螺杆转子磨床精度分析与优化

为提高螺杆转子磨床的整体精度,合理控制成本,建立其19项空间误差模型。基于多体系统理论,结合该磨床的结构和运动特点,分析了磨床的拓扑结构。综合考虑磨床整体精度和制造成本,提出了一种精度分配优化方法。通过调整精度权数可实现不同应用需求的目标优化。结果表明:重视提高精度的优化方案较传统的经验设计值,在X/Y/Z轴方向上使机床的精度分别提高27.5%、45%和52%;重视控制成本的优化方案可降低成本25%。

基于元结构的螺杆转子磨床床身动静态特性分析与优化

螺杆转子磨床床身是关键的承载大件,其动静态性能的好坏将直接影响整机的加工精度和稳定性。为实现床身的快速动态优化设计,首先基于元结构理论,使用ANSYS软件仿真分析了床身筋格元结构各主要参数对其动态特性的影响。在此基础上,以提高床身低阶模态固有频率和降低床身重量为目标,对床身的结构参数进行优化,同时通过静力分析验证了优化方案的可行性。优化后,床身低阶固有频率得到了较大幅度的提高,其中一阶固有频率提高了22.3%,床身的重量下降了8.39%,同时静刚度也有明显提高,改善了床身的动静态特性,节约了制造成本。该方法对其他类似关键零部件的动态优化设计具有一定的借鉴意义。

内外轴式磁性联轴器的优化设计

对磁性联轴器的国内外研究现状做了评述,建立了实用的优化设计评判指标和数学模型。改进了等效磁荷法,从求解效率和求解精度两方面将其与改进前的等效磁荷法、片电流方法和三维有限元法进行了比较。将正交实验法引入优化过程中,提出了一种实用的磁性联轴器优化设计方案。求解结果表明:等效磁荷法的求解时间和精度较不稳定,改进的等效磁荷法的求解精度比原方法提高了约5%,求解效率提高了约55%。片电流法求解效率极高,但精度较低。三维有限元的求解精度较稳定,误差约为5%,但求解效率较低,求解每组模型需花费约9 min的时间。通过正交实验法,仅需使用9组分析模型即可获得适合的初始参数值,结合标准的最优值搜索技术可方便获得多组最优参数设计值。该方案可满足磁性联轴器优化设计的稳定可靠、精度高、方便实用等要求。

主轴箱动/静/热态特性综合分析与优化

为了提高主轴箱的静刚度,并减少其变形以及振动对整机加工精度的影响,该文对某大型旋风铣床主轴箱进行了动/静/热态特性仿真分析和综合优化。基于主轴箱模态分析识别出结构的薄弱环节,采用方案对比法对薄弱环节进行了改进研究;并基于热-结构耦合方法对主轴箱进行仿真,得到了力热耦合条件下主轴箱的温度、位移和应力分布云图,并提出相应的改进方案;最终获得主轴箱综合优化方案。优化后的主轴箱一阶固有频率提高了5.02%,最大变形量减小了约80%,最大等效应力减小了76.5%,且质量减小了5.6%。主轴箱的动静刚度得到了提高,热变形与应力也得到了改善,同时为其它关键件的综合特性分析优化提供了借鉴。

基于硅油减振器的螺纹旋风铣削刀盘系统抑振研究

螺纹旋风铣削的多刀具断续切削方式将加剧刀盘与工件间的交互冲击,引起刀盘系统的扭振,影响加工质量。以旋风铣削刀盘系统为研究对象,针对其在周期性切削力矩下发生扭振的特点,提出在铣削刀盘上安装硅油式减振器的抑振方案,进而建立基于硅油式减振器的旋风铣削刀盘系统动力学模型,对模型进行幅频特性分析,并对有无减振器两种方案下旋风铣削刀盘系统的动力学响应特性进行分析,以研究硅油式减振器对旋风铣削刀盘系统的减振效果。结果表明:硅油式减振器可有效地减小旋铣刀盘系统在不同切削频率下的振幅。当系统发生共振时,基于硅油式减振器的旋铣刀盘系统的响应幅值可降至7.10×10-4rad,降低了刀盘系统的扭振对螺纹工件加工质量和刀具寿命等的影响。

数控机床多能量源的动态能耗建模与仿真方法

机床能量消耗过程的评估和分析是机床能效优化研究的基础。现有研究提出的机床能耗模型主要是静态能耗模型,少数对机床动态性能耗的研究又主要集中在机床运行状态的动态性的建模,缺乏对机床能量源特别是数控机床多能量源的动态性能耗的研究。针对数控机床能量源多、加工任务及加工参数动态变化等特点,提出了一种数控机床多能量源的动态能耗建模与仿真方法。对数控机床能耗过程的动态性进行分析;在此基础上,结合面向对象着色赋时Petri网(Colored timed object-oriented Petri net,CTOPN)和虚拟部件方法建立数控机床多能量源动态能耗模型,其中CTOPN模型用于描述数控机床能耗过程机床和多能量源运行状态的动态特性,虚拟部件方法用于描述数控机床多能量源受加工参数影响的动态特性;通过CTOPN中'变迁'蕴含的信息来驱动虚拟部件模型实现对数控机床多能量源的动态能耗特性的建模。案例分析结果证明了该方法的可行性,上述模型可为数控机床动态能耗的预测、综合的能耗特性分析以及定量的能耗影响因素分析提供一种基础支持,具有较广阔的应用前景。

一种面向机械车间柔性工艺路线的加工任务节能调度方法

大量研究表明机械车间消耗了大量能量,因此降低机械车间的能耗是实现可持续制造的策略之一。现有机械车间节能调度研究主要针对给定的或者具有部分柔性的工艺路线,缺乏对机械车间任务工艺路线多柔性的节能调度研究。针对机械车间任务柔性工艺路线对机械车间调度能耗的影响特性,提出一种面向机械车间柔性工艺路线的节能调度方法。首先,分析了面向机械车间柔性工艺路线的加工任务调度的能耗特性;基于此,构建了节能调度模型,该模型是以任务加工总能耗、加工完成时间、机床负载为目标。进一步提出了一种改进的Q学习算法对该模型进行求解获得其Pareto解。最后通过案例验证了提出模型的节能效果及算法的可行性。

基于长短时记忆卷积神经网络的刀具磨损在线监测模型

为了提高机械加工过程中刀具磨损在线监测的准确性,提出了一种基于长短时记忆卷积神经网络(LSTM-CNN)的刀具磨损在线监测模型。在该监测模型中,通过振动、力、声发射传感器对刀具切削过程中的振动、力和声发射信号进行采集,采集的数据其本质为时间序列数据。考虑采集数据的序列和多维度特性,采用LSTM-CNN网络对采集的数据进行序列和多维度特征提取,利用线性回归实现特征到刀具磨损值的映射。通过实验验证了该模型的有效性和可行性,模型的精度较其他几种方法有了较大的提高。

基于振动特征的滚珠丝杠副预紧力丧失诊断研究

滚珠丝杠副预紧力丧失将导致机床进给精度及加工质量受到显著影响,实时监测滚珠丝杠副预紧力的变化并对其健康状态作出诊断具有重大意义。提出了一种将EMD(Empirical Mode Decomposition)与MSE(Multi-Scale Entropy)相结合的信号处理方法进行预紧力丧失的故障诊断;设计了一种新型双螺母预紧力调节装置,用于采集不同预紧力水平下的螺母振动信号,通过EMD分解得到振动信号第一特征频率附近的IMF(Intrinsic Mode Function)分量,接着计算该IMF多个尺度下的熵值,分别以多尺度熵值与第一特征频率为特征向量建立BP神经网络进行预紧力丧失的诊断。诊断结果表明,以多尺度熵作为故障诊断特征向量时,神经网络的诊断正确率相比后者提高了50%。研究结果可用于基于振动特征的滚珠丝杠副预紧力丧失的故障诊断,对于促进滚珠丝杠副健康状态监测方法的发展具有重大意义。

基于BP神经网络的大型螺纹旋风铣削表面粗糙度预测

大型螺纹旋风铣削加工后的螺纹滚道表面粗糙度是影响其各项服役性能的关键因素之一。考虑到螺纹旋风铣削加工过程中表面粗糙度影响因素及螺纹圆弧形滚道结构特殊性,提取浮动支撑下降区域螺纹滚道侧表面的粗糙度值,建立基于BP神经网络的表面粗糙度预测模型,并通过对比模型预测值与试验值验证预测模型的精度。结果表明:BP神经网络模型的预测精度较高,预测误差在5%以内,最高可达到约1%。

面向工件随机到达的机床节能运行方法

为提高机床运行阶段的能量利用率,针对目前机床加工间隔节能方法缺乏考虑工件随机到达的现状,提出一种面向工件随机到达的机床节能运行方法。基于机床运行状态制定了一种机床在加工间隔中的节能运行策略,以计算机床在采用该节能运行策略后的一个加工间隔中所消耗的预期能量。通过对该预期能量的优化,实现对节能运行策略中机床运行参数的优化,得到节能运行方法。将该机床节能运行方法应用到具体实验中进行分析,比较使用节能运行方法前后机床在加工间隔中消耗的能量,结果显示,机床应用所提节能运行方法后能适应工件的随机到达,并提高其在加工间隔中的能量利用率。

丝杠硬态旋铣工艺的多目标参数优化

为了进行丝杠硬态旋风铣削下工艺能耗与工艺性能协同优化研究,提出一种同时考虑切削比能、表面粗糙度和表层残余应力的多目标优化方法。基于Box-Behnken试验设计,采用响应曲面法对丝杠硬态旋铣的切削比能、表面粗糙度和表层残余应力进行建模,进一步构建了以丝杠硬态旋铣工艺参数为变量、以低能耗和高性能为优化目标的多目标优化模型。采用改进型非支配排序遗传算法对该模型进行求解,并通过试验数据和优化结果的比较论证了本文优化方法的有效性。

大型螺纹硬态旋风铣削的表面粗糙度试验研究

采用单因素全面试验的方法,在汉江8m螺纹旋风铣床上进行了大型螺纹高速硬态旋风铣削试验。为进一步研究大型螺纹的加工质量,对加工后的螺纹滚道侧表面的粗糙度进行非接触式测量,分析了各主要切削参数对螺纹滚道表面粗糙度的影响规律及影响程度,并预测了较优的加工工艺参数。结果表明:铣削位置、刀具个数对表面粗糙度的影响较大,切削线速度、抱紧系数的影响次之,切削深度的影响较小;抱紧系数hc=30%、切削线速度vt=200m/min、中等切深ap=0.06mm可作为较优的切削参数。

人工扰动下螺杆转子成形磨削的廓形误差分析

螺杆转子的形状精度直接影响螺杆压缩机的性能。为分析成形磨削加工螺杆转子的廓形误差,该文基于砂轮-转子间的坐标变换及啮合原理,以转子整体廓形误差为评价指标,提出了一种螺杆转子廓形误差分析方法。通过调整砂轮的安装参数,分析了人工扰动下成形磨削螺杆转子的实际廓形,得到砂轮各安装误差对螺杆转子廓形精度的影响规律及程度。结果表明,砂轮安装角误差和砂轮与转子中心距的误差导致转子廓形缩放,砂轮轴向位置误差导致转子廓形自转,且砂轮安装参数对阳转子廓形的影响大于对阴转子廓形的影响。

精密螺母磨床床身动静态分析与结构优化

以某型号精密螺母磨床为研究对象,使用Ansys有限元分析软件对其结构进行模态分析,识别出其结构设计中的薄弱环节。在此基础上,以提高床身低阶固有频率和降低床身质量为优化目标对其结构进行了改进。比较四种改进方案取得的结果,确定综合优化方案并对其进行相应的静刚度校核。优化后的床身与原模型相比,前四阶固有频率均有大幅提高,其中一阶固有频率提高16.7%,床身质量下降1.36%,最大位移变形降低了22.1%,且受力均匀,达到了预期的目标,同时也为螺母磨床床身的结构设计提供了参考依据。

集成设计参数和制造参数的车削工件机加工能耗预测方法

为从工件设计和制造协同的角度出发,促进制造企业节能,提出了一种集成设计参数和制造参数的车削工件机加工能耗预测方法。基于STEP AP224协议对车削工件进行特征识别,并将工件设计参数以特征字典的形式保存。对车削工件进行基于特征的工艺规划后考虑工序加工顺序对刀具路径的影响,生成各加工工序的刀具路径,利用token文件实现对工件各加工工序加工参数和刀具路径等制造参数的集成。通过分层面向对象的Petri网构建了工件机加工过程动态能耗模型,利用token文件驱动能耗模型对工件机加工能耗进行预测。以盘类及轴类工件为例,通过比较工件机加工过程能耗的测量值和预测值验证了该方法的有效性和准确性。