【摘要】针对气体绝缘开关设备（GIS）局部放电检测机器人接触式信号检测以及GIS设备接触存在的问题，提出一种视觉阻抗混合控制系统。设计基于位置的视觉伺服（PBVS）控制方法，引入一阶低通滤波器，解决启动瞬间机器人关节加速度过大的问题；对自适应阻抗控制进行改进，设置自适应更新率以减小稳态力误差，增加PD控制以减小力超调，基于劳斯判据对系统进行稳定性分析；最后，基于PBVS与改进自适应阻抗控制设计视觉阻抗混合控制系统，以实现检测装置位姿控制与力控制的结合。搭建实验平台进行验证，结果表明：改进自适应阻抗控制在静态接触下最大力超调仅0.016 N、无稳态误差，曲面跟踪时最大力超调为0.25 N、稳态误差±0.15 N，均显著优于传统阻抗控制与自适应阻抗控制。视觉阻抗控制能够准确控制检测装置位姿，将检测装置导向检测点，并实现稳定的接触力控制，接触力误差不超过0.2 N，验证了视觉阻抗混合控制的有效性和稳定性。
1.郑州轻工业大学机电工程学院
2.智能隧道掘进装备河南省协同创新中心
3.中铁工程装备集团盾构制造有限公司【摘要】针对机器人工作时需在满足运动学约束下运动时间最少的要求，设计一种基于多策略改进蝴蝶优化算法的机器人时间最优轨迹规划方法。提出一种多策略改进蝴蝶优化算法（IBOA），采用佳点集初始化种群，增强算法全局搜索能力；引入折射学习策略（RBL），防止算法陷入局部最优；综合采用精英保留策略和自适应惯性权重策略，提升算法的寻优精度和收敛速度；随后，构造分段式轨迹规划函数，对机器人轨迹点进行拟合，利用IBOA对目标函数进行寻优，通过仿真及实验验证轨迹规划方法的有效性。结果表明：相比SO等5种元启发式算法，IBOA在寻优精度、收敛速度和鲁棒性方面具有显著的性能优势；采用IBOA对机器人进行轨迹规划，所得轨迹平滑且未超过运动学约束，相比传统BOA方法的最优时间减少了1.438 s，整体时间降低了18.9%，证明了所提方法的可行性。
【摘要】为解决传统混凝土强度检测方法存在的效率低、数据可靠性差及安全风险高等问题，设计一种四自由度作业机构，并开发基于LabVIEW与PLC协同控制的智能化检测系统。该系统运用LabVIEW构建多模态人机交互界面，依托PLC实现实时控制内核；结合自适应PID控制与位置-力混合控制算法，精确驱动丝杠模组，实现回弹检测与碳化深度检测的自动化操作。实验结果表明：在回弹检测中，自动化检测效率较人工方法提升约33.3%，检测数据标准差降低49.22%，变异系数（3.95%）低于人工检测（7.8%）；在碳化深度钻孔检测中，机器人钻孔孔壁规则、酚酞变色边界清晰，其测量结果经标准换算后与人工检测一致，而人工凿孔的不规范性导致测量值离散度较大。该自动化系统有效提升了混凝土强度检测的效率、系统鲁棒性和结果可靠性。
【摘要】针对传统清洁方式清洁效率低、安全风险高、水资源浪费等问题，提出一种新型接触网绝缘子擦拭机器人的设计与控制优化方案，构建涵盖结构设计、环境感知、控制策略及系统验证的完整技术路径。机器人末端执行器采用模块化设计，集成摆臂系统与毛刷系统，具备适应多种绝缘子结构的能力。系统通过激光雷达与深度摄像头实现对绝缘子的目标识别与位姿感知，同时采用了CANopen通信协议，以保障控制系统的实时性与可靠性。在控制策略方面，针对擦拭过程中负载变化剧烈、夹持精度要求高的特点，引入电机电流反馈变量，并结合模糊逻辑对PID控制参数进行在线调节，构建闭环控制系统。结果表明：相比传统PID和模糊控制，模糊PID控制的响应速度更快、超调量更小、稳定时间更短，抗干扰能力显著提升；机器人清洁后，绝缘子表面污垢被有效去除，ESDD从初始的0.352 mg/cm2（E级极重污染）降至A级轻度污染，5次擦拭的清洁效率在86.2%~89.6%之间，验证了末端执行器的清洁效果与系统稳定性。该方案在响应速度、控制精度及清洁效果方面均表现优越，具有良好的工程适应性与推广前景。
何栋炜1,2,3，龚云龙1,2,4，蒋学程4，
1.福建理工大学电气与信息工程学院
2.福建省工业集成自动化行业技术开发基地
3.福建理工大学电子信息与电气技术国家级实验教学示范中心
4.闽江大学物理与电子信息工程学院
【摘要】针对6-RSS型并联平台运动学正解求解方法效率低、精度差的问题，提出一种分阶段求解策略。将改进部落竞争与成员合作算法（MCTCM）的全局搜索能力和拟牛顿法的局部快速收敛特性相融合，构建混合正解求解算法。引入MCTCM算法模拟部落竞争机制，并加入动态惯性权重调节机制，增强算法迭代初期的全局探索能力，同时加快后期收敛速度，以获取运动学正解初值；在此基础上，使用拟牛顿法实现局部精细化迭代，通过近似雅可比矩阵降低计算复杂度，完成正解求解。仿真结果表明：所提混合算法的平均求解时间仅需2.85 ms，收敛精度达0.000 000 01°，成功率提升至91.87%。所提MCTCM算法通过动态惯性权重策略增强了全局探索能力，结合拟牛顿法的快速局部收敛特性，有效改善了传统数值方法存在的初值敏感、易发散的问题，为复杂并联机构的实时控制提供了高效的理论工具。
大型构件测量-开孔机器人避障与路径规划研究
张泽祺1，崔国华1,2，张振山1,2，刘勇博1
1.上海工程技术大学机械与汽车工程学院装载于水下机器人的自主采样瓶设计与分析
【摘要】针对传统水质采样方式费时费力、采样深度受限、难以在复杂水域灵活作业等问题，设计一种可安装于水下机器人的自主采样瓶。该采样瓶由瓶盖、电动推杆、中间杆、移动片和边界杆等组成，通过电路控制瓶盖的开启与关闭，实现自主采样。电路控制电动推杆推动中间杆上下移动，中间杆带动移动片水平移动，移动片控制边界杆推动瓶盖打开，采样瓶执行采样任务；采样完成后，通过安装支架关闭瓶盖。瓶盖含有清洁部件、调节部件、提升部件和过滤网组成的过滤装置，调节部件可以控制清洁部件的转动速率，提升部件控制清洁部件对过滤网进行上下清洁。最后，通过Solidworks完成采样瓶的三维模型设计，并采用ANSYS Workbench模拟水下环境对采样瓶进行强度分析，以验证其稳定性和可行性。结果表明：10m水深下瓶体最大应力为 2.449MPa，远低于6061铝合金屈服强度（276MPa），最大位移为0.013mm，变形 可忽略；移动片、边界杆及中心杆剪切强度均满足要求；采样瓶头部形成增压区，后方存在涡流但黏性阻力较小，瓶体闭合状态可有效降低水流阻力。上述结果验证了采样瓶在 10m水深下的结构稳定性与采样功能可行性。
【摘要】针对人工旅鼠算法(ALA)收敛速度慢和易陷入局部最优等问题，提出一种改进的人工旅鼠算法（IALA）。利用Tent混沌映射初始化种群，以增加种群多样性;加入非线性权重因子，平衡算法全局搜索与局部开发的能力;加入动态针孔成像策略，动态调整粒子位置和边界，提高算法的收敛速度和逃离局部最优的能力;最后，加入二次插值法，增强粒子的局部开发能力，提高算法的收敛精度。选用8个测试函数并在2种二维栅格图中进行路径规划，验证改进算法的有效性。结果表明：与GWO等算法相比，改进算法的收敛速度更快，收敛精度更高。将改进算法用于机器人路径规划，在20 m×20 m维度中，其路径相比ALA、PSO、WOA、GWO分别缩短了2.6%、12.9%、2.6%、1.8%；在40 m×40 m维度中，其路径相比ALA、PSO、WOA、GWO分别缩短了2.4%、10%、2.4%、7.39%。改进算法的搜索效率更高，规划路径更短。
【摘要】针对五自由度机器人磨削系统子机器人之间的干扰影响加工精度问题，提出非线性子系统自适应分散模糊补偿控制(ADFCC)策略。该策略考虑子系统之间的控制参数和干扰项，对预加工轨迹进行逆运动学分析，将加工轨迹转化为各关节的实际控制值，并作为自适应模糊控制器的输入，将五自由度加工机器人产生的关节摩擦、外部干扰和相关项输入模糊控制器中。采用模糊逻辑推理对控制参数进行模糊化处理，由控制器执行去模糊化，并将五自由度加工机器人的关节运动误差作为修正量反馈至模糊控制器进行闭环控制。最后，建立实验样机，将所提策略与传统PID控制算法进行对比分析。结果表明：ADFCC控制的五自由度加工机器人在X、Y和Z方向的末端轨迹误差分别减小了82.5%、80.7%和87.0%，ADFCC控制的支承压力误差减小了47.8%，输出力误差减小了81.8%，验证了所提控制补偿策略的有效性。
1.襄阳职业技术学院汽车工程学院
2.湖北文理学院机械工程学院【摘要】为解决传统机器人钉孔装配方法建模复杂、对环境变化适应性差等问题，提出一种基于演示学习和自适应阻抗控制的钉孔装配方法。在装配过程中，对销钉进行受力和几何分析，引入高斯混合回归方法获取力分布曲线，以指导机器人进行自主装配，避免传统方法中复杂的物理建模。制定整体装配策略，采用演示学习使机器人学习插入过程的特定力信息，在此基础上提出一种自适应阻抗控制器，用于在未知环境跟踪所需力，确保机器人装配操作的稳定性。机器人钉孔装配实验结果表明：所提控制策略对孔径尺寸和孔定位误差表现出很强的鲁棒性，对3种尺寸孔径分别进行了多次重复实验，均成功完成装配，且平均组装时间小于20 s，验证了所提控制策略的有效性和可靠性。
【摘要】为解决自主式水下航行器（AUV）的布放与回收过程中因波浪力出现摆动、姿态不稳定和脱落等问题，以船舶起重机为基础，设计一种基于粒子群优化PID控制的AUV多柔索布放回收装置。对该装置的结构与运动学进行建模分析，并利用MATLAB和ADAMS展开联合仿真，分析其在波浪作用下的运动轨迹，并与其他控制方案下的轨迹进行对比，验证减摇方案的可行性。最后，运用六自由度平台和起重机搭建实验台验证回收装置在波浪力作用下的减摆能力。结果表明：PSO-PID控制下装置俯仰角与横滚角摆动幅度从无减摆的7°降至1°以下（减小约85%）；面内角与面外角摆动幅度分别减小84%和82%；在各平面上的位移轨迹显著收敛。实验结果显示：面内角与面外角摆动幅度分别减小约86%和77%，仿真与实验曲线趋势一致，波峰处误差控制在合理范围内，验证了模型的准确性。该布放回收装置在波浪力作用下对回收装置的横摇、纵摇控制效果显著，显著提升了作业的稳定性与安全性。
2.蒙阴县飞达矿山工程机械有限公司
【摘要】为了提高难加工曲面工件的表面质量和加工效率、获得光滑表面，提出一种基于气固两相流原理的新型磨料池光整加工方法?Ｍü鼵FD-DEM数值模拟方法，深入探究入口进气速度和磨料粒径在磨料池内的流态变化和工件受力情况，验证磨料池光整加工的可行性。进一步通过正交试验和极差分析，确定磨料池加工的最佳工艺参数组合为：进气速度为10 m/s，温度为50℃，磨料粒径为100μm，主轴转速为1 200 r/min。此时，圆柱工件的表面粗糙度可降低至0.301μm。对工件表面形貌进行分析，验证最佳参数组合对于提高工件表面质量的有效性。采用倾斜加工的方法提高工件表面加工均匀性。表面形貌结果分析表明：加工后的工件表面展现出更少的凹坑、划痕和锈蚀，表面更加光滑，微观结构得到显著优化。磨料池加工均匀性结果表明：当倾斜15°加工时，工件表面平整度更高，加工均匀性更好。
曾广，陈满意，冯昊
武汉理工大学机电工程学院
【摘要】磨料水射流技术在切割、抛光等领域已得到广泛应用，但在去毛刺方面的研究仍相对不足。针对微型齿轮端面毛刺去除问题，基于磨料射流能量分析理论，通过计算工作液的有效总动能，并结合毛刺的临界断裂能，建立毛刺去除能量模型。通过构建单颗磨粒冲击模型，利用数值模拟研究磨粒粒径、冲击角度及射流速度等工艺参数对毛刺去除的影响规律，并分析去毛刺后的表面微观形貌，深入揭示毛刺去除机制。结果表明：当瞬时冲击力超过毛刺的动态断裂韧性时，毛刺发生脆性断裂；若冲击力不足，则会产生显著塑性变形，并最终发生疲劳断裂。当射流角度低于60°时，去除机制以微切削作用为主导；射流角度为60°～90°时，转变为压痕效应为主导。基于毛刺去除体积的对比分析，模型预测值与试验值的最大相对误差为9.32%，平均误差为6.71%，验证了所建模型的准确性。
张瀚文，徐方超，赵海宁，孙凤，赵川，刘东宁，吴延平
沈阳工业大学机械工程学院
【摘要】针对异形孔电火花加工过程中出现的加工效率降低、加工稳定性差、工件表面质量不佳等问题，提出一种将多自由度磁悬浮驱动器与传统电火花机床相结合的宏微结合加工方案。以磁悬浮驱动器为基础，进行电火花宏微结合加工的仿真研究，模拟椭圆形、正方形和三角形异形孔的跟随轨迹，明确宏微结合深孔与异形孔加工方案流程。结果表明：动子对椭圆、正方形、三角形轨迹的最大跟随误差分别为0.004、0.006、0.009 mm，采用宏微结合方式进行深孔加工时，其加工效率较传统电火花加工提升42.4%，表面粗糙度降低13.1%，尺寸误差降低64.7%，0.4 s内平均放电次数从11.5次增至21.3次；采用宏微结合方式进行异形孔加工时，0.4 s内平均有效放电次数达32.6次，较深孔加工进一步提高，且较小尺寸异形孔的加工精度和表面质量优于较大尺寸。成功加工出椭圆、正方形、三角形等异形孔，验证了磁悬浮驱动器采用常规圆柱电极开展异形孔加工的可行性。
1.吉林化工大学机电工程学院
【摘要】针对Wolter-I型光学芯轴精密测量中压电陶瓷迟滞非线性导致微调平台控制精度不足的问题，提出一种提升迟滞建模精度与控制效果的方法。引入分段3次Hermite插值法构建PI-PCHIP迟滞模型，以保持模型的单调性与光滑度；结合均方误差和正则项构建目标函数，采用序列二次规划算法分别针对升压段和降压段进行参数搜索，最终计算出与目标函数相匹配的参数值，完成参数辨识；基于辨识模型建立逆模型前馈补偿环节；最后，与PID反馈调节结合形成复合控制策略。结果表明：优化后PI-PCHIP模型平均绝对误差降至0.012μm，精度较传统PI模型提高95.1%；复合控制下输出平均绝对误差为0.014 6μm，控制精度较传统PI逆模型复合控制提升81.75%。所提方法有效抑制了压电陶瓷的迟滞效应，显著提升了微位移控制精度，适用于芯轴精密测量中的自动调平。
上海第二工业大学智能制造与控制工程学院
2.华北电力大学控制与计算机工程学院
3.国家能源投资集团有限责任公司水下脐带缆长距离液压传输特性的数值计算方法
刘鹏飞1，王亚辉1，铁瑛1，栾中宇1，张瑞1，2
1.郑州大学机械与动力工程学院
1.宁波市产品食品质量检验研究院（宁波市纤维检验所）
1.郑州大学机械与动力工程学院
2.河南能源集团重型装备有限公司1.北京宇航系统工程研究所
2.西安理工大学印刷包装与数字媒体学院
3.西北工业大学机电学院
【摘要】舵面传动机构作为飞控系统的核心执行机构，由电动舵机和传动机构两部分组成，其性能对飞行器的飞行路径和控制精度具有重要影响。根据舵面传动机构的结构组成，以电动舵机动态调节过程中误差绝对值积分最小为优化目标，完成控制参数和机械参数的优化求解。同时，针对传动机构的结构和空间布局开展参数化优化设计，在满足设计指标的前提下，降低系统的输入-输出敏感度。基于优化后的参数，搭建全系统联合仿真模型，通过双向数据交互接口实现机电系统与机械传动机构的紧密耦合，并分析铰链间隙和摩擦因数对舵面动态响应的影响。结果表明：间隙引起响应呈现振荡趋势，当机构运动反向时，振荡程度达到最大；间隙为0.5 mm时，舵面角加速度振荡误差最大为49.231%；摩擦因数为0.05、0.08和0.1时，响应误差分别为43.351%、26.283%和19.470%。因此，适当增大摩擦因数有助于提高系统稳定性。该研究克服了传统单领域模型的简化限制，提高了复杂工况下系统动态响应的预测精度。
1.河北港口集团港口机械有限公司
2.燕山大学机械工程学院
3.河北港口集团秦皇岛港股份有限公司【摘要】为实现输送带动能的转化和再利用并解决输送带跑偏问题，设计一种节能储能式带式输送机自适应纠偏液压系统。分析其结构原理，并对液压系统关键元件——三位五通液控换向阀和储能组件进行设计分析。通过对液压系统仿真，分析不同带速下的纠偏响应时间、系统节能效果以及蓄能器预充气压力和容积对储能的影响，以验证液压系统设计的可行性。最后，通过现场样机试验了理论设计和仿真分析的正确性。仿真结果表明：该系统能够完成输送带跑偏时的自适应纠正，带速为5.0、4.5、4.0 m/s时，纠偏油缸伸出时间分别约为9、10、11 s，响应时间为1~3 s；系统年累计节能分别约为3.84×107、3.45×107、3.07×107 W·h；蓄能器预充气压力为8 MPa时储能最大（为2.1 kJ），容积为2.5 L时储能最大（为2.7 kJ），过高或过低均降低储能效果。试验验证表明：实际转速为400 r/min时，纠偏油缸压力变化过程与仿真一致，压力达到安全阀设定值后储能停止，且储能组件能成功顶升4 t重物，验证了能量存储与再利用功能。所设计的无电自适应纠偏液压系统能够在较低泵转速下快速响应，有效实现输送带跑偏自动纠正，并将部分动能转化为压力能存储，年节能效果显著，为绿色低碳输送装备的研发提供借鉴与参考。
温毅，郝晓华，康文凯，邵晓宙，尹厚，任东亭
中国辐射防护研究院环境工程技术研究所
【摘要】针对核电站放射性水过滤器滤芯拆解过程中直接切割滤芯拉杆存在振动大、速度慢、稳定性差的问题，设计一种基于机器视觉的滤芯拉杆分离系统，以满足放射性废水过滤器滤芯自动化拆解的需求。该系统通过相机采集水滤芯拉杆焊接面的二维图像；采用图像处理算法对焊接面二维图像进行分割，提取滤芯外轮廓、焊点轮廓及焊点圆心像素坐标；通过对相机进行标定，获得像素坐标系与机械手坐标系之间的转换矩阵，并将焊接点圆心的像素坐标转换为世界坐标；最后，拆解机械手根据焊接点圆心在机械手坐标系下的坐标，利用钻头对焊点进行钻孔破坏，从而实现拉杆与滤芯主体的分离。实验结果表明：该系统的焊点识别率高，经坐标转换后机械手末端圆心定位偏差小于5 mm，能够满足放射性废水过滤器滤芯自动化拆解的实际需求。
数控机床直线进给轴热误差评价技术研究
【摘要】为提升机床进给轴热伸长的精度，开展进给轴预拉伸测试研究。采用有限元分析法建立该进给轴的热伸长模型，随后搭建热伸长实验测试平台，测试丝杠的热伸长量和温升，对所建模型进行验证。结果表明：该进给轴电机座端的温升与丝杠热伸长之间的关联性最强。因此，以电机座端温度作为进给轴温升的表征量，通过线性回归方式获得丝杠热伸长系数及线性回归最大偏差值。在相同温升表征条件下，分析丝杠预拉伸对热伸长量和温升的影响。结果表明：在同等条件下，随着预拉伸量的增加，丝杠热伸长系数由0.019 mm/(m·℃)降至0.016 mm/(m·℃)，但温升平均值由9.1℃升至10.7℃。因此，丝杠预拉伸对整体热伸长量的抑制能力有限。尽管如此，通过实验测试建立了热伸长系数体系，为后续热误差补偿工作提供了依据，并为丝杠预拉伸技术的改进提供了重要参考。
李政1，许俊2，肖玉星2，吴光明2，黎健堃2
1.广东鼎泰机器人科技有限公司
2.东莞市技师学院【摘要】针对丝锥加工过程中生产自动化程度低、加工误差大等问题，研制一种高效率的丝锥加工磨床。该磨床主要由丝锥夹持装置、磨削装置、修整装置、驱动机构、移栽机构及储料组件等组成。磨削装置可根据所加工丝锥的螺旋升角自动调节磨削主轴组件相对安装架的角度并实现锁紧；修整装置在系统检测到磨削装置中的磨具磨损后，可自动对磨具进行修整，有效延长磨具使用寿命；移栽机构实现丝锥的自动上下料。整个磨削加工过程无需人工干预，能够实现自动化生产。为验证文中设备的实际应用效果，将它与常规丝锥加工设备在加工时间、磨具修整时间、产品合格率、磨具寿命、设备收益5个方面进行对比。结果表明：文中设备的生产效率提升34.2%，磨具修整一次所需时间由60.7 min降至6.1 min，产品合格率提升约3.4％，磨具寿命提升约13.6％，设备每年可增收210 800元，创造了可观的经济效益。
《机床与液压》杂志
长按扫码可关注
