机器人-主轴系统耦合作用下的刀尖频响预测

针对机器人铣削系统的刀尖动力学特性受机器人与主轴系统耦合作用影响,难以有效预测的问题,提出了考虑机器人-主轴系统耦合作用的刀尖频响函数预测方法。采用现场试验与理论分析相结合的方式构建了机器人末端刚度预测模型,揭示了机器人末端刚度随加工路径的变化规律,构建了末端刚度拟合函数。采用仿真软件构建了主轴系统有限元模型,制定了机器人与主轴系统耦合策略,提出了考虑结合面刚度特性的刀尖频响函数预测方法,构建了包含机器人刚度特性的刀尖频响函数预测模型。通过现场试验对模型有效性进行了验证,结果表明本模型对刀尖固有频率的预测误差为1.313%,频率幅值预测误差为0.502%,可用于机器人在不同位姿下刀尖固有频率的预测分析。研究了刀尖固有频率随机器人加工路径的变化规律,实现了特定加工路径下机器人铣削系统刀尖固有频率的有效预测。

二级倒立摆系统的实时稳定控制实验研究

为实现二级倒立摆系统的实时稳定控制,以深圳固高直线二级倒立摆装置作为控制对象,在MATLAB环境下,利用基于二次型最优控制理论的线性二次型(Linear Quadratic Regulator,LQR)最优控制器,成功实现了该装置的实时稳定控制。为引入新的控制策略,采集二级倒立摆实时控制过程中的LQR控制器数据作为样本,经过自适应神经模糊推理系统(Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System,ANFIS)工具箱训练并生成出一种新型模糊神经网络控制器,应用到装置上同样实现了实时平衡。结果表明,新型控制器较LQR控制器控制效果更优,也为成功实现装置的实时平衡提供了一种新的思路和解决方法。

基于网络环境的机电设备远程监测原型系统的实现

为了实现机电设备的网络远程监测和诊断,通过对CAN现场总线及C/S模式、B/S模式的应用范围进行比较,提出了一种基于CAN总线、C/S模式、B/S模式结合的网络化监测系统,构建了系统的网络框架,并以小型多功能旋转实验台为系统原型,给出了其振动信号的远程监测实例。实验证明系统可实时在线监测机电设备的运行状态。

机电系统非平稳振动信号分析方法的研究

为了在非平稳状态下的机电系统故障诊断及趋势预测中合理地选择信号分析方法,对短时傅立叶变换、小波分析和希尔波特-黄变换这3种分析非平稳信号较为有效的方法进行了研究。通过对一个仿真典型信号的分析结果进行比较,验证了3种方法的有效性和各自特点,并分析了产生差异的原因,探讨了它们各自适合的应用场合。

考虑主轴-刀柄结合面特性的机器人铣削系统刀尖频响预测研究

针对机器人铣削系统刀尖频响具有位姿依赖特性,导致机器人变位姿加工时稳定性难以准确预测、加工颤振难以有效控制的问题,提出一种考虑主轴-刀柄结合面接触刚度的机器人铣削系统刀尖频响预测方法。基于欧拉拉格朗日法与吉村允孝单位面积法,分别构建了机器人本体动力学模型与主轴-刀柄结合面接触刚度模型,进而基于有限元主副自由度理论将机器人本体动力学模型与主轴-刀柄结合面接触刚度模型结合,构建了机器人铣削加工系统刀尖频响预测模型。开展了机器人不同位姿下刀尖频响预测验证实验,结果表明,仿真与实验得到的刀尖频响函数相比,固有频率最大误差为6.63%,对应幅值最大误差为9.80%,验证了所提出的预测模型的准确性,证明了该模型能够实现机器人任意位姿下的频响函数准确预测。

基于SPWVD与知识蒸馏的行星变速器故障诊断研究

行星变速器运行工况多是非平稳运行工况,运行过程中齿轮啮合振动信号相互耦合导致测试信号混叠,其隐藏故障诊断难度增大;同时应用复杂的神经网络模型进行故障诊断预测时多数会收到工业现场边缘计算设备硬件的限制。针对相关问题,在保证行星变速器故障诊断准确率的情况下减少网络模型的参数量,提出了一种应用平滑伪维格纳-威利分布(smooth and pseudo Wigner-Vile distribution, SPWVD)与知识蒸馏结合的智能识别模型用于行星变速器故障诊断。首先,利用集合经验模态分解(EEMD)方法将多分量振动信号分解后选取单分量信号进行SPWVD计算后线性叠加得到二维时频图作为输入,以ResNet101为教师模型指导学生模型MobileNet进行训练,复杂教师模型将数据中的知识传授给学生模型,提高了学生模型的精度。将该方法与同类方法进行了对比,结果表明,模型以牺牲2.43%准确率为代价,存储成本下降为教师模型的24.55%,相较未知识蒸馏的MobileNet的准确率提高了9.61%,实现模型轻量化。本研究方法对提高深度学习模型在工程实际应用,降低边缘计算设备部署成本提供了一种有效且可行的解决方法。

利用EEMD和深度置信网络的滚动轴承故障诊断方法

结合滚动轴承振动信号的非线性特点,开展基于EEMD和深度置信网络(deep belief network,DBN)的滚动轴承故障诊断方法研究。应用EEMD对信号进行分解后,结合相关系数与峭度分析完成信号重构,构建加速度-速度矩阵作为DBN模型输入,实现滚动轴承不同故障类型及其损伤程度的诊断预测。研究过程中对模型泛化能力、层特征提取能力、模型分析结果和分析效率等方面进行了对比分析,对原始数据、加速度-速度矩阵、相图作为DBN模型输入的诊断效果进行了对比分析,同时进行了SVM、XGboost、ResNet、DBN不同网络模型的对比分析。分析结果表明,利用EEMD进行信号处理并构建加速度-速度矩阵作为DBN模型输入可以有效实现滚动轴承的不同故障类型和故障损伤程度的诊断,诊断平均准确率达到97.23%。此模型可为轴承状态监测与智能故障诊断技术的工程应用提供参考。

基于C/S模式的企业局域网监控系统

为了实现企业现场的设备诊断与维护,同时向制造设备网络监控服务系统(WeD-Moniservice)的远程监控服务中心提供有效的设备状态监测信号特征量,提出了Web-MoniService的子系统——基于C/S(client/server)模式的制造设备企业局域网监控系统的网络构架,建立了系统的功能结构模型,探讨了方案实现的技术策略,利用LabView快速搭建了原型系统并给出了系统的运行实例.运行测试结果表明,基于C/S模式的设备企业局域网监控系统实现了制造设备在生产过程中的状态监控,具有强大的分析、查询、诊断功能.

自动扫描多光栅单色仪系统研制

提出了一种新的多光栅单色仪,采用机械细分及电细分相结合,实现了紫外到红外光谱的高精度自动扫描。其控制系统以C8051F060单片机为核心实现对光栅转台、滤色片轮、反光镜的控制以及双通道数据采集,采用USB接口与计算机连接。信号调理单元可实现电压电流的自动切换及软件可编程增益,可连接光电倍增管、光电池等多种接收器。系统具有采样精度高、集成度高、自动化程度高及扫描速度快等优点。

基于中心点对特征的无序堆叠工件位姿估计算法

针对无序堆叠场景中工件相互遮挡导致的位姿估计精度下降的问题,提出一种基于中心点对特征的六维位姿估计算法。首先,模拟无序堆叠场景下点云目标多姿态随机摆放的物理环境,生成特征提取网络需要的带真实标签的数据集。进而,以中心点对特征构建离线阶段的全局特征描述。然后,对在线阶段的工件无序堆叠场景,利用动态图卷积神经网络(dynamic graph convolutional neural network, DGCNN)算法提取点云中心特征分数,确定工件中心点,并以此作为改进点对特征(point pair feature, PPF)算法的参考点。最后,使用IPA数据集和自采集场景数据对算法性能进行了验证。实验结果表明:所提算法降低了参考点选择的随机性,相比原始PPF算法在场景工件数目为30时平均准确率提升19.5百分点,5种工件场景下平均运行时间缩短29.00%。

色谱仪数据采集系统设计

以C8051F020单片机作为采集系统的控制核心,基于CH372接口芯片设计了高速数据采集系统。系统以计算机作为传输节奏控制方,重点提出了系统本地端的硬件设计和软件设计,并开发了一套上下位机间的通信协议。结合色谱仪系统进行实验调试,取得了阶段性的进展。实验表明:该通信协议很好地优化了本地端的程序代码,采用的CH372接口芯片大大提高了数据采集的精度和速度,很好地满足了可重复性测量,在实际应用中显著提高了工作效率,证明了该系统的可行性和优越性。

现代仪器研发系统的柔性集成机制与系统构成

根据现代仪器具有共性技术多、技术含量高、多品种、小批量特点,提出了仪器柔性研发系统(IFDS)的新理念。为提高现代仪器系统的集成水平和研发效率,增强系统可靠性及降低研发成本,深入探讨可兼容、可扩展、可升级、可重构的开放式柔性化集成机制,完善柔性互联的集成支撑环境和集成体系,构建新型柔性集成系统,优化基于柔性集成系统的快速可重构集成方法。重点介绍新型柔性集成系统的运行机制,阐明其结构和工作原理;利用现代仪器柔性集成系统,解决了现代仪器开发中若干关键技术问题,为现代仪器产品的研发提供了一种新模式和基础技术装备。

基于神经网络的测色仪器系统误差分析和校正

为了提高工业生产过程中广泛应用的光电积分测色仪的测试精度,分析、研究仪器误差成为仪器设计的重要内容之一。在分析探测器的光谱三刺激非线性误差的基础上,进行了测色仪原理误差的研究,提出了基于人工神经网络的非线性滤波器的方法,并建立了一个基于神经网络的非线性滤波器黑箱模型。实验表明:用此三刺激值计算的色品坐标、色差等参数均达到了设计要求。

虚拟仪器环境下热分析仪器系统开发

介绍用虚拟仪器技术开发热分析仪器数据采集、数据分析系统的新方法 ,提升了老式热分析仪器的数据处理能力。利用LabVIEW图形化开发环境 ,实现系统的模块化设计、图形化显示及数据处理。采用串行口通讯方法进行实时数据采集与控制 。

高反光物体的局部点云孔洞补全方法

针对高反光物体点云数据存在噪声明显、孔洞过大,使用传统贪婪投影三角化算法无法达到点云补全目的的问题,提出一种改进的贪婪三角化点云补全算法。利用统计滤波和高斯滤波进行离群点去除和平滑处理;采用移动最小二乘法对局部点云进行上采样增强数据,并且对点云进行进一步平滑。将贪婪三角化算法中的kd树(k-dimensional tree)算法替换为效率更高的八叉树(octree)搜索算法,将主成分分析法替换为准确率更高的移动最小二乘法进行法线估计;最后,进行点云三角化,完成点云补全。实验结果表明,改进算法能够更好地补全孔洞,补全后表面更加平滑、结构更为准确,且花费时间更短。

USB总线的双光栅单色仪控制系统设计

设计的双光栅单色仪驱动系统,采用高精度细分的步进电机驱动蜗轮蜗杆方式,提高了光谱扫描范围及精度。为了提高控制自动化、实时性以及扫描速度,将USB接口技术应用于双光栅单色仪的嵌入式控制系统。计算机通过USB接口总线连接单色仪控制及数据采集系统,由单片机根据接收到的控制命令实现光栅转台的精细控制,滤色片自动切换以及软件可选的出射方向,同时可根据要求配置采集模式及增益,实现了控制的自动化。

风机状态监测数据库管理子系统设计

本文以中石化某公司炼油厂1号烟机/风机机组的状态监测为背景,开发设计了数据库应用系统,详细介绍了数据库的模式结构以及数据的查询规则,给出了数据库的概念设计和物理设计的过程和实现方法。

全自动测色仪系统误差分析及技术改造

为了提高测色仪的稳定性,减小测量误差,对测色仪的照明系统,探测系统和数据处理系统进行了分析,对光源的选择,积分球的材料,噪声的抑制采取了一些改进措施,并且以AT89C51RD2微控制器为核心,实现了对色样的颜色测量、色度数据存储和显示、数据分析及色差报告等功能。结果表明,提高了测色仪的测量精度及测量稳定性,减小测量误差,测量的重复性完全达到了国家计量院规定的s(△E)<0.2要求。

基于虚拟仪器的大型旋转机组故障预测系统

大型旋转机组故障预测系统由于系统复杂,采用传统的开发方式,开发周期长并且硬件系统庞大。虚拟仪器可以通过软件把计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量、控制能力有机的结合起来。利用PC-DAQ与LabW indows/CVI,构建大型旋转机组故障分析系统,减少了系统所需的硬件资源,加快了系统软件的开发速度,实现集成运行环境,使操作人员操作起来更加方便。

大型工件装配调测系统研究

结合LAMOST焦面板装配需求,研究并设计了大型工件调测系统。该系统采用摄影测量方法,以精密运动控制平台进行部件调节,并利用激光跟踪仪对系统进行评价。开展了LAMOST光纤定位单元调测实验,实验结果表明,该系统满足LAMOST调测要求,并可用于其他相关大型工件的装配调测。