《机床与液压》2025年第9期导读展会快讯

目次与摘要

2025-09

工业机器人专栏

基于SVRG全局优化的机器人手眼标定

王一凡，黄涛，张小明

华中科技大学，智能制造装备与技术全国重点实验室

【摘要】聚焦于机器人加工视觉导引中的机器人手眼关系 X 的精确求解。奇异值分解方法求解时易受到外界环境的干扰，传统分步标定方式将手眼关系 X 中的旋转矩阵和平移分量分开估计，容易导致标定误差逐渐积累。为此，提出一种基于SVRG优化方法的标定方法。采用 Kronecker 积和奇异值分解来求解标定方程，得到初步解，并随后通过SVRG迭代算法对目标函数进行进一步优化，以提升解的精确性。通过不同噪声水平以及不同标定数据数量的仿真标定试验和机器人手眼标定平台数据集进行了算法验证与分析，并与4种经典求解方法进行比较。研究结果表明，SVRG方法有效控制了迭代过程中噪声方差的收敛，其几何误差的平均值为0.564，标准差为0.271，相较其他4种经典求解方法在准确性和效率方面均具有优势，有助于提高工业机器人加工测量过程中的精度以及可靠性。

基于ROS2的矿山环境下阿克曼AGV机器人的设计及控制

孙曾辉^１，朱华炳^１，张涛^１，鲍学^１，卫康^２

１. 合肥工业大学机械工程学院

２. 安徽理工大学机械工程学院

【摘要】在矿山环境下，采用人工方法投放雷管具有很高的危险性，并且效率相对较低。针对以上问题，设计一种基于ROS的阿克曼AGV机器人。根据阿克曼动力学模型完成了移动机器人的结构设计。采用ros2_control开源控制方法实现机器人的离线、在线控制，即在Gazebo仿真软件中的离线控制，同时结合ROS2与Arduino的串口通信，实现了ROS2对阿克曼移动机器人的在线控制，并且采用双步进电机的驱动方式提高了在线控制的精度。运用Navigation2实现了机器人的自动导航功能。最后，通过仿真与实验证明了基于ROS2的阿克曼AGV机器人的设计及其控制的可行性。

蠕动式软体机器人的径向致动器设计及仿真

江雨霏^１，朱其新^{２，３，４}

１. 苏州科技大学电子与信息工程学院

２. 苏州科技大学机械工程学院

３. 苏州科技大学，江苏省智能共融机器人工程研究中心

４. 苏州科技大学，苏州市共融机器人技术重点实验室

【摘要】近年来，软体机器人在国内外引起了广泛关注，其中蠕动式软体机器人在非结构化环境中有较高的适应性，可广泛应用于管道检测及受限空间内搜索等多种场景。作为决定运动效率的重要因素，蠕动式软体机器人的径向致动器在控制和运动性能方面面临较大挑战。为此，设计一种具有圆环状气腔的径向致动器，通过优化结构设计提升其膨胀变形性能。同时，结合微通道和液态导电材料的设计，使该致动器具有全柔性应变感应功能。利用COMSOL多物理场有限元仿真软件，分析不同结构径向致动器的变形性能及感应效果，以优化设计参数，并与普通结构的径向致动器进行对比。结果表明：具有圆环状气腔的径向致动器具有良好的膨胀变形性能，可感应到自身一定程度的膨胀应变并输出电信号。

一种基于机器视觉的轴孔装配控制方法

许翰卿，胡欢，李天剑，王文胜，黄民

北京信息科技大学机电工程学院

【摘要】目前自动化轴孔装配中通常采用工业机器人“示教-再现”模式，工作路径和位姿预先设定，若工件位置稍有偏移，可能导致作业失败。针对这一问题，研发一种基于机器视觉的轴孔装配系统。为了确保装配过程的稳定性、可靠性和高精度控制，基于高度模块化的ROS机器人操作系统搭建机器人装配系统；采用MoveIt！模块实现机械臂的路径规划和碰撞检测等运动控制，选用RRT算法来进行机械臂的正逆运动学求解。而视觉检测部分采用两阶段检测策略，研发了快速高效的目标识别和边缘检测算法，通过最小二乘法拟合零件轮廓边缘，从而实现目标检测和识别，最后通过PNP算法实现对工件的三维位姿进行测量，从而达到20帧内完成视觉检测的目的。通过提高手眼标定以及视觉检测精度，使得轴孔装配效率有效提高，平均装配时间小于7 s，实验过程装配成功率达到95%。

基于自适应分段步长RRT-APF的水下机器人三维路径规划算法

万程龙，周焕银，刘凯伦，

龚利文，周剑照，刘国权

东华理工大学机械与电子工程学院

【摘要】针对传统快速搜索随机树算法（RRT）在水下机器人三维路径规划中存在随机性强、拐点过多、搜索时间长等问题，提出一种自适应分段步长RRT-APF融合算法。提出自适应分段步长RRT算法，通过增加目标采样概率和引入自适应分段步长机制，减弱随机性并减少采样次数及拐点数。将人工势场算法（APF）与改进的RRT算法相融合，利用APF算法的指向性增强RRT算法的目标导向性，提高搜索效率并缩短路径长度。通过仿真实验，在固定障碍物和随机障碍物环境下对水下机器人进行三维路径规划，以验证算法的性能。结果表明，与传统RRT算法相比，所提融合算法在三维路径规划中表现出更好的自适应性；在固定障碍物环境下，平均采样次数减少77.33%，拐点数减少92.66%，规划时间减少74.85%，路径长度减少5.26%；在随机障碍物环境下，平均采样次数减少84.42%，拐点数减少94.06%，规划时间减少74.00%，路径长度减少5.62%。

一种仓储货物拣选机器人机械结构及其控制系统设计

郎需强^１，孙巍伟^１，王通^２

１. 北京信息科技大学机电工程学院

２. 北京遥感设备研究所

【摘要】针对大型电商仓储货物的拣选主要采用人工作业，存在效率低、劳动强度大、成本高等问题，开发适用于大型仓储环境的货物拣选机器人具有较高的商业价值及广阔的发展前景。根据实际货物搬运的作业需求，提出一种仓储货物自主拣选机器人，并对其关键执行机构及其控制系统进行设计：为满足机器人对仓库环境的适应性要求，设计能够在堆垛紧密、操作空间狭窄环境下灵活移动的全向底盘；为解决密集排列托盘货物的拆垛难题，设计能够动态自主适应多品类、多规格箱式货物拣选的末端执行机构。综合运用理论计算与数值仿真软件，分别对机器人的关键执行机构进行运动学、动力学分析，并开展机器人关键零部件的强度和刚度分析。现场测试结果表明：所研制的机器人工程样机实现了预期的性能指标，为有效提升仓储业务的工作效率、降低物流成本、实现物流设施设备的完全自动化奠定了基础。

协作机器人应用现状与发展趋势研究

刘畅^１，徐振伟^２，葛达明^１

１. 沈阳新松机器人自动化股份有限公司

２. 浙江水利水电学院

【摘要】随着工业自动化的迅猛发展，智能制造已成为全球制造业的发展趋势，协作机器人凭借其安全、友好的人机交互特性，成为实现智能制造的核心技术之一。基于协作机器人的技术特点及国内外应用现状，分类阐述了当前协作机器人应用的产品类型和研究重点，并通过实例介绍了其应用场景。通过对协作机器人产业链发展的探讨，论述了协作机器人未来发展面临的技术挑战以及智能化的发展趋势，最后对协作机器人与人工智能的结合进行了展望。对协作机器人的应用现状和发展趋势的研究，不仅能够推动相关技术的进步，也对企业制定未来的投资和发展方向具有战略意义。

面向机器人铣削加工表面形貌预测模型研究

李慧娟，许利君

郑州工商学院工学院

【摘要】机器人铣削加工依赖姿态的动态特性，零件表面形貌的准确预测仍然面临一定的挑战。针对铣削机器人加工过程中刀具振动对表面形貌的影响，提出一种结合工艺参数和刀具振动影响的工件表面形貌数学模型。基于齐次坐标变换矩阵，通过刀具几何形状、刀具偏心量和冗余角计算切削刃的运动轨迹，采用逆距离加权法预测机器人铣削系统不同姿态下的动态特性，构建机器人铣削系统动态模型以计算铣刀的振动位移，进而修正切削刃的运动轨迹。最后，通过铣削实验验证所提方法的有效性。结果表明：预测的表面粗糙度与实验值具有良好的一致性，验证了模型在表面形貌预测中的准确性。

基于自学习的机器人时间最优轨迹规划研究

蔺文刚^１，户文刚^１，南文虎^２

１. 甘肃交通职业技术学院

２. 兰州理工大学，机械工业重载柔性机器人重点实验室

【摘要】针对工业搬运机器人在进行时间最优轨迹规划时面临的系统动力学模型不确定性问题，提出一种在线自学习的无模型时间最优轨迹规划方法。该方法的核心思想是结合离线和在线学习策略，以适应动态环境和实际操作条件。利用离线运动学约束条件和 Hermite 插值算法，生成运动学约束下的最优样条速度曲线。这一过程确保生成的速度曲线在满足运动学限制的同时，尽可能接近时间最优。在机器人实际运行中，在线采集轨迹数据。通过自学习策略，采用循环修正的方式对初始轨迹进行调整，以适应实际的动力学约束。这一在线学习过程使得机器人能够根据实时反馈不断优化其轨迹，从而获得实际操作条件下的时间最优轨迹。最后，以 UR5e 型协作机器人为实验平台，针对搬运负载为 23 N的场景，通过 14 次交互学习成功获得了运动学及实际关节扭矩约束下的时间最优速度轨迹。实验结果验证了所提方法的有效性，表明该在线自学习无模型轨迹规划方法能够显著提高工业搬运机器人的工作效率和适应性。

用于移动机器人全局平滑路径规划的混合遗传算法研究

刘秀婷^１，高峰^２

１. 无锡学院公共基础教学部

２. 无锡学院自动化学院

【摘要】提出一种基于混合遗传算法的移动机器人平滑路径生成算法，其主要思想是为传统遗传算法的变异算子提供动态变异率和可切换的全局-局部搜索方法，解决传统遗传算法过早收敛和模因算法适合度计算的高耗时问题，同时还通过种群替换法来考虑染色体长度（由构建路径的点集大小定义）。由于采用了三次分段Bezier曲线，混合遗传算法可直接为差分轮式机器人提供平滑路径，因此此算法不需要第三方算法来平滑规划路径。研究结果表明：较长的染色体能够生成更优路径，但计算复杂度显著增加，较短的染色体可能导致路径不可行，混合遗传算法通过种群替换策略动态调整染色体长度，能够平衡路径质量与计算效率；较小的局部搜索范围半径能快速收敛但易陷入局部最优，较大的局部搜索范围半径因采样空间过大导致优化效果下降，混合遗传算法通过动态选择局部搜索范围半径能够平衡搜索效率与路径质量。

面向磨削机器人刀具路径精度的控制策略研究

朱铝芬^１，吕国芳^２

１. 南京信息职业技术学院智能制造学院

２. 河海大学人工智能与自动化学院

【摘要】针对六自由度磨削机器人刀具路径的控制，在Levenberg-Marquardt和差分进化混合算法的基础上提出刀具规划路径精度增强控制策略。利用高频率激光跟踪仪对机器人的实际路径进行动态跟踪，通过Levenberg-Marquardt和差分进化混合算法，考虑规划路径上的平均曲率变化率、弧长和刀具接触点数量，以改善绝对机器人定位精度。结果表明：补偿后，磨削机器人的最大定位误差从0.792 mm降至0.027 mm；经增强后，所提方法测量的路径精度在0.033~0.049 mm内变化。最后，对钛合金叶片进行了带补偿和不带补偿的机器人磨削实验，验证了所提刀具路径精度控制策略的有效性。

钻锚机器人双臂协同支护路径规划研究

龙燕燕^１，黄善厚^１，张胜金^２

１. 广西英华国际职业学院智能与机电工程学院

２. 桂林电子科技大学设计与创意学院

【摘要】由于钻锚机器人双臂路径规划不合理，导致作业过程中两机械臂之间发生碰撞，引起设备损坏并影响支护作业进度。基于此，提出一种改进人工势场法，用于钻锚机器人双臂协同无碰撞支护路径规划。基于D-H法，建立双臂钻锚机器人运动学模型。为提高计算效率和实时性，采用包络体对钻锚机器人的两个作业机械臂结构进行合理简化，并据此建立钻锚机器人碰撞检测模型。对传统人工势场法进行改进，重构引力和斥力势场函数，以解决目标点不可达问题。最后，基于钻锚机器人样机进行双臂协同支护实验。实验结果表明：在双臂协同支护路径规划实验过程中，经人工势场法优化后，钻锚机器人两个机械臂之间的最短距离为108 mm，实现了无碰撞协同支护作业，提高了巷道支护作业效率，实现了智能化自动化支护作业。

基于GSA-Kriging模型的机器人抓取布局优化策略研究

常鹏飞^１，２

１. 唐山工业职业技术大学信息工程学院

２. 河北科技学院机电工程学院

【摘要】针对汽车面板件机器人抓取过程中的变形问题，提出一种基于GSA-Kriging代理模型的两阶段抓取点布局优化设计方法。根据机器人抓取操作的稳定性和不同位置的变形程度，确定机器人手指数量及其可行范围。基于抓取点的位置分布，将抓取点布局优化分为优化主抓取点和边缘抓取点两个阶段。采用拉丁超立方体采样和有限元分析生成训练和测试数据集，用于构建和验证模型。使用Kriging代理模型对抓取点布局进行预测，通过重力搜索算法(GSA)优化模型超参数，构建GSA-Kriging代理模型，获得最优抓取点布局。最后，以某汽车车门面板件的抓取点优化布局为例，进行机器人抓取实验，并对模型的有效性进行了验证。结果表明：GSA-Kriging模型的均方根误差（RMSE）为0.597 3，相关系数R²=0.966 6，优于其他模型；优化后的抓取点布局有效减少了曲面板件的变形，最大变形量从0.173 mm降低至0.087 3 mm，变形抑制效果提升了49.5%。

面向机器人轮毂抛光的关节运动规划控制策略

雷红华^１，吴何畏^２

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】针对车辆轮毂表面的抛光，设计六自由度机器人用于轮毂抛光，提出机器人的自动关节运动规划策略，以实现最短的加工时间。将轮毂表面分为冗余区域和非冗余区域，采用离线编程的方法自动生成轮毂复杂曲面的冗余加工路径。为了减少轮毂表面上的加工路径点，提出一种改进的Douglas-Peucker (DP)算法，该算法考虑路径点姿态的变化，在曲率变化较小区域压缩路径点，同时在曲率变化较大区域保留足够的路径点以减少对机器人位姿变化的影响。其次，将贪婪最优优先搜索(GBFS)和正弦余弦算法(SCA)相结合，以寻找最优关节运动路径。对SCA-GBFS联合算法进行仿真，并与SC-SCA进行比较分析，验证了SCA-GBFS算法可以有效地优化关节运动，避免陷入局部最优解。最后在轮毂表面开展机器人抛光试验，结果表明轮毂抛光非常光滑平整，进一步验证了所提方法的有效性。

面向电液驱动机器人能量传递和效率特性研究

夏球

靖江开放大学

【摘要】为提升轮式机器人关节执行器的能量传递效率，提出基于四象限控制原理的电液执行器。该装置的电液压驱动和能量回收两种模式集成到轮式机器人关节中，在采用具有高力重比的高效电液执行器时，轮式机器人的里程和稳定性得到显著改善。为分析能量输出特性，根据力和速度特性建立电液执行器运动和能量转换机制的数学模型，采用试验和参数识别验证了电液执行器方案的可行性，并获得数学模型中的未知参数。通过实验研究电液执行器的效率性能，结果表明：所提电液执行器的驱动效率和能量回收效率分别高达87%和88%，明显高于传统的执行器驱动效率和能量回收效率，其能量损耗主要来自液压回路内的压力降低。

多机器人生产线仿真系统的分析构建与实现

陈鑫洋

柳州铁道职业技术学院智能制造学院

【摘要】为了解决多机器人生产线布局和信号逻辑复杂、作业参数分析调试困难等问题，利用RobotStudio组建多机器人柔性制造生产线，并设计生产线布局。根据生产线的作业模式，建立系统间信号逻辑关系。实时监控机器人与设备间的碰撞情况，同时通过归一化综合分析机器人的作业性能参数。实时监测机器人各轴的工作范围、腕节奇点及接近极限位置，实现压铸、机加工、焊接、检测和分拣相结合的多机器人生产线仿真系统的构建与分析优化。仿真结果表明：可实时观察生产线运行状况，并直观分析机器人作业性能参数与作业时间的关系；同时，实时观察机器人工作范围、腕节奇点及接近极限位置。

智能制造与控制技术

气动关节控制策略研究综述

蹇秋伟^１，马庆禄^２，王欣宇^２，邹政^３

１. 重庆交通大学机电与车辆工程学院

２. 重庆交通大学交通运输学院

３. 同济大学道路与交通工程教育部重点实验室

【摘要】随着科学技术的发展，传统执行器已无法满足新一代智能机器人对轻量化和柔顺性的高要求。气动关节作为一种仿生柔性执行器，正逐渐受到研究者的广泛关注。尤其在新一代智能机器人研究中，气动关节展现出了更好的柔顺性和安全性，为机器人适应复杂工作环境、完成多样化任务提供了有效解决方案。然而，由于气动关节固有的迟滞性和非线性等特性，在实际稳定控制中面临着巨大挑战。为了克服这些难题，研究者们不断探索和改进控制策略。基于此，简要介绍气动关节的基本原理，重点论述近些年来气动关节驱动控制策略的研究进展，并进行分析总结；最后，根据当前的研究现状与未解决的问题，简要分析展望了气动关节控制策略未来的研究方向。

基于气动肌肉驱动及磁流变制动器辅助下的柔性关节轨迹控制

庹淇^１，罗天洪^２，崔庭琼^１，

梁爽^１，马翔宇^１，付强^１

１. 重庆文理学院智能制造工程学院

２. 重庆城市职业学院信息与智能制造学院

【摘要】针对气动人工肌肉(PAM)因迟滞性和非线性特性导致外骨骼机器人仿生柔性关节控制精度低的问题，设计一种人体仿生柔性关节。该关节采用气动肌肉作为主要力输入源进行驱动，并引入磁流变制动器作为阻尼装置。通过建立柔性关节协同驱动动力学模型，揭示气动肌肉驱动与磁流变制动器改善关节性能的机制。提出一种针对外部扰动补偿的径向基函数(RBF)神经网络自适应控制策略，并展开相关仿真与实验研究。结果表明：相较于传统自适应控制，提出的气动肌肉驱动柔性关节结合RBF神经网络自适应控制策略可以提高控制系统的稳定性和位置跟踪精度，能更好地应对复杂的非线性系统。

基于ESO的电动缸非奇异快速终端滑模控制

毛吴迎，刘志强

长沙理工大学机械与运载工程学院

【摘要】电动缸作为实现精密位置控制的执行器，需要通过控制策略实现高精度、高性能的运动。PID控制会导致系统超调和振荡，且鲁棒性较差，滑模控制存在超调和高频振荡的问题。针对这些问题，在位置环设计一种新型非奇异快速终端滑模控制算法，同时采用扩展状态观测器对负载扰动和外部负载扰动进行观测与补偿。此外，在电流环采用无差拍电流预测控制器，以提高系统的动态响应能力。通过MATLAB/Simulink仿真实验，证明了与PID控制和滑模控制相比，所提控制策略的系统响应速度分别提升0.7、0.54 s，且无超调，在外部扰动下鲁棒性更强。

激光切割头随动控制系统设计

祝志琛，周建鹏，龚元明

上海工程技术大学机械与汽车工程学院

【摘要】为提升等离子切割机的泛用性，设计一种基于英飞凌XC系列微控制器的激光切割随动控制系统。等离子切割机加装该控制系统后具备激光随动切割功能。介绍系统的工作原理、硬件设计及软件设计。针对随动过程中存在干扰导致电容频率测量不准的问题，提出一种基于卡尔曼滤波的快速滤波算法。同时，采用BP神经网络实现PID算法自整定，以适应不同类型电机，增强系统的鲁棒性。经过上机验证，使用快速卡尔曼滤波算法的动态跟随精度较使用滑动平均值滤波算法时的0.05 mm提高至0.02 mm；电机移动距离在40 mm以内时，最大稳定时间较使用标准PID 算法时的421.3 ms缩短至127.7 ms。该系统能够完成高速、高精度的激光切割任务。

液压基础件

基于NSGA-Ⅱ的轴向柱塞泵配流盘结构优化设计

张振生，蔡景，程冲，张航源

南京航空航天大学民航学院

【摘要】配流盘错配角与阻尼槽结构对柱塞泵的压力-流量特性具有至关重要的作用。为了优化轴向柱塞泵的压力-流量脉动特性，提出一种基于快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)的配流盘低脉动、低冲击参数优化方法，对柱塞泵的错配角和阻尼槽参数进行优化。对配流盘配流特性进行研究，分析不同错配角与三角阻尼槽参数对过流面积的影响。构建柱塞泵ADAMS-AMESim联合仿真模型，求解柱塞泵输出流量与缸体对配流盘压紧力特性的关系。最后，构建基于NSGA-Ⅱ的配流盘多目标参数优化模型，以柱塞泵输出流量脉动最小和缸体对配流盘的压紧力脉动率最小为优化目标，对错配角与三角阻尼槽参数进行寻优。结果表明：与原始结构相比，优化后的结构流量脉动率降低47.23%，缸体对配流盘压紧力脉动率降低了13.63%。

双端同轴式水基比例阀位置跟随特性仿真分析

赵文博，廖瑶瑶，张敬阳

太原理工大学机械工程学院

【摘要】为了提高液压支架姿态精准控制效果，提出一种适用于高压大流量工况下的新型双端同轴式水基比例阀。通过AMESim建模仿真，研究该新型双端同轴式水基比例阀的稳态特性。在稳态控制条件下，比例阀的主阀芯位移始终等于先导阀芯位移，且线性度良好，滞环指标为1%，表明该新型比例阀在开环控制下具备良好的控制特性。同时，分析比例阀的阶跃响应和位置跟随特性。在全行程阶跃响应下，主阀芯开启响应时间约为30 ms，关闭响应时间约为30 ms，表明该新型比例阀具备快速响应能力；在步进阶跃响应与斜坡响应下，比例阀均展现出良好的位置跟随特性，验证了设计的合理性和仿真模型的正确性。此外，探讨了先导阀芯不同结构参数对位置跟随特性的影响，得到先导阀芯的最佳结构参数。

液压滑阀热-粒耦合摩擦力及形貌特征研究

刘欢^１，２，冀宏^１，２，陈乾鹏^１，２，

柴文伟^３，罗畅敏^３

１. 兰州理工大学能源与动力工程学院

２. 兰州理工大学，特种泵阀及流控系统教育部重点实验室

３. 中国航发贵州红林航空动力控制科技有限公司

【摘要】针对液压滑阀在高温和污染工况下易发生卡滞失效的问题，设计一种滑阀摩擦力测量装置，以研究热变形与颗粒污染物耦合作用下的摩擦力演化机制及阀芯表面形貌损伤特征。通过控制装置的温度并加入含有污染颗粒的油液，准确测量阀芯摩擦力的变化。采用三维表面形貌仪对试验后阀芯表面进行测量和图像采集。结果表明：颗粒单因素下，摩擦力较小且在一定范围内波动，峰值为0.32 N；热形变单因素下，摩擦力曲线相对平滑但是峰值较大，为12.66 N；热-粒耦合作用下，摩擦力具有波动性且峰值更大，为19.83 N；阀芯温度升高会显著增大颗粒的敏感性，导致摩擦力骤增；颗粒对阀芯局部产生显著的“犁削”作用，凹凸不平的表面形貌降低间隙润滑油膜质量，促使摩擦力骤增。

电流变阀微观成链特性及流量控制研究

雷先华^１，２，陈星光^１，贺沅玮^１，雷宇茜^１，庄钰^１

１. 湖南交通工程学院机电工程学院

２. 湖南大学机械与运载工程学院

【摘要】电流变阀通过电场强度实现阀的流量无级调节，能够很好地实现微型化和机电液一体化，广泛应用于流体控制系统中。针对电流变阀在流量控制中微观成链特性与宏观性能关联机制不明确的问题，研究电流变阀在静/动态场下电场强度、流道尺寸和流速对电流变阀中电流变效应的影响,通过可视化实验清楚描述介电微颗粒的动力学行为和链成型的演变过程，为电流变阀流量控制提供研究依据。结果显示：电场强度增大对链成型和电渗效应有益，但场强过大将产生电离和击穿现象；电流变阀流速直接影响链状结构的牢固程度，耦合场下不能忽略基液的黏性力对介电微粒的影响；静态场下电流变阀流道高度10 mm较5 mm所形成的链结构更完整/紧密，而动态耦合场下5 mm高度流道中链状结构强度好，更具有抵抗流动场的能力；在研究电流变阀流量控制时必须考虑动态耦合场的作用，以达到最优化参数的目的。

新型双斜盘轴向柱塞泵配流盘优化及压力与流量特性

王羽熙^１，杨超^２，司国雷^１，

李正贵^２，３，邓熠^１

１. 四川航天烽火伺服控制技术有限公司

２. 西华大学，流体及动力机械教育部重点实验室

３. 青海理工学院工学院

【摘要】为满足航空燃油系统对高转速和大流量柱塞泵的性能需求，以新型双斜盘柱塞泵为研究对象，采用CFD数值模拟方法研究该柱塞泵在额定工况下的压力-流量特性。根据仿真结果，采用增大配流盘与端盖接触面面积的方式，对柱塞泵配流盘结构进行了优化。在额定工况下对比分析配流盘优化前后的压力-流量特性。最后，设置7种不同斜盘倾角和5种不同转速工况，对比分析柱塞泵斜盘倾角和转速对柱塞泵压力-流量特性的影响。结果表明：通过增大配流盘流道与端盖间的接触面积，优化后该柱塞泵在额定工况下容积效率提升了3.2%，流量脉动率降低了0.7%，出口压力脉动率降低了3%，柱塞泵的效率和稳定性显著提升；确定最优斜盘倾角为14°；当转速为9 000~10 000 r/min时，柱塞泵展现出较高的效率和稳定性。

润滑系统齿轮泵内部气体分布与出口体积含气率影响因素分析

段士伟^１，齐国宁^１，王峥嵘^２，

刘新强^２，孙伟伦^２，齐铭桦^２

１. 中国航发西安动力控制科技有限公司

２. 兰州理工大学能源与动力工程学院

【摘要】针对汽轮机润滑油系统齿轮泵内部空化问题，建立齿轮泵PumpLinx空化流场仿真模型，研究齿轮泵内部流场气体区域分布规律，并分析进、出口压力对泵出口油液体积含气率影响。结果表明：当齿轮泵的吸油压力小于0.08 MPa时，油液中的气体因吸油压力较低从吸油区和转子区析出；在出口压力为0.4 MPa的工况下，吸油压力从0.05 MPa增加至0.08 MPa时，齿轮泵出口平均气相体积含气率从0.85%降低至0.36%；在吸油压力为0.06 MPa的工况下，出口压力从0.1 MPa增加至0.7 MPa时，齿轮泵出口平均气相体积含气率从3.43%降低至0.51%。

基于高速开关阀的数字液压泵多模式控制研究

吴志光^１，孙晖东^２

１. 山西机电职业技术学院机械工程系

２. 北京轨道交通技术装备集团有限公司

【摘要】针对传统液压泵功能单一、动态特性差、滞环大等问题，设计一种基于高速开关阀驱动的数字液压泵。通过离散油液驱动方式，实现数字液压泵排量、压力、功率的多模式闭环控制。设计数字液压泵的液压控制原理和基体改造方案，并建立其数学模型。针对高速开关阀驱动特点，提出双模糊PID控制策略，并基于AMESim和MATLAB软件搭建数字液压泵联合仿真模型，验证了控制策略的有效性。最后，搭建了数字液压泵试验样机和数字控制系统，将双模糊PID控制策略植入该控制系统中，在试验台上对数字液压泵的排量、压力、功率控制模式以及排量滞环进行功能验证。结果表明：采用高速开关阀驱动数字液压泵，实现排量、压力及功率闭环控制是可行的；数字液压泵能够快速跟随排量控制指令，排量从95%阶跃至5%用时350 ms，响应迅速，排量滞环可控制在0.5%以内，可实现压力误差为1.2 MPa的压力闭环控制和功率误差为1.4 kW的恒功率闭环控制。

系统与应用

Savonius涡轮集群垂直轴风力机气动性能优化研究

张鹏，朱金志，朱建阳

武汉科技大学机械工程学院

【摘要】为改善现有垂直轴风力机的捕能性能，基于Magnus原理设计一种气动性能增强的Savonius集群风力机。该风力机的Savonius涡轮自转同时还可以公转，具有自动对风功能。通过数值计算方法，研究涡轮数量和涡轮旋向变化对集群风力机气动性能的影响，并与传统基于Naca0018翼型的垂直轴风力机进行了对比。结果表明：随着涡轮数量增加，集群风力机平均风能利用率增大，但相对于孤立涡轮，单个涡轮的输出功率会降低；改变涡轮旋向会影响集群风力机的运动状态，当集群风力机所有涡轮同向自转时，涡轮能够稳定公转，而当涡轮自转旋向不一致时，涡轮会在特定方位角下摆动；与常规基于Naca0018翼型的垂直轴风力机相比，当涡轮数量为3且涡轮逆时针旋转时，集群风力机产生的风能利用率可提升72.34%；当涡轮数量为4且其中一个涡轮顺时针旋转，其余涡轮逆时针旋转时，集群风力机产生的风能利用率可提升265.56%。

基于动态规划算法和改进的自适应遗传算法的“多泵-多马达”液压系统全局功率匹配研究

邹博识^１，宋昕宇^２，钟宇航^３

１. 锐依德（上海）机器人科技有限公司

２. 大庆第一中学

３. 燕山大学机械工程学院

【摘要】针对“多泵-多马达”液压系统运行过程中因功率匹配而导致的低效率问题，提出一种基于反向传播（BP）神经网络算法、动态规划算法（DP）与改进自适应遗传算法（IAGA）的智能优化协同方法，以实现系统全局功率匹配和节能目标。针对遗传算法寻优效率低、无法对离散变量进行优化的问题，在前人提出的遗传算法优化输出的最佳发动机转速和液压泵排量进行功率匹配的基础上，采用在多泵输油系统节能中应用广泛的动态规划算法，近一步对马达的投入排量、马达和发动机投入数量进行优化。利用具有较强非线性映射能力和高拟合精度的BP神经网络算法建立泵和马达效率模型以及发动机燃油消耗模型，采用动态规划算法确定当前工况下马达和发动机最优投入数量，确定变量泵和变量马达的高效排量范围。利用改进自适应遗传算法搜索当前工况下泵和马达最佳排量组合，并通过提高功率传递路径上各元件的效率，实现全局效率最高。最后，通过在具有“多泵-多马达”液压系统的工程车辆进行实车油耗测试验，以验证该方案的可行性。结果表明：新方案与原控制方案相比，马达和泵的效率提升明显，具有较好的节油效果。

矿用履带式退锚机器人液压行走系统仿真分析

孔庆宇^１，２，周建平^２，３，顾喜鹏^２，３，

李永安^１，４，朱明亮^１，王宏伟^４

１. 太原理工大学机械工程学院

２. 山西王家岭煤业有限公司

３. 太原理工大学安全与应急管理工程学院

４. 山西省煤矿智能装备工程研究中心

【摘要】根据煤矿用退锚机器人的研发需要，设计退锚机器人履带行走系统的液压驱动与控制回路，并对其主要性能进行仿真分析。基于回路工作原理，在AMESim中建立其仿真模型，对比分析了定量泵与负载敏感泵供液系统的节能效率，结果表明负载敏感泵输出功率随负载变化而变化，节能效果更好。对退锚机器人直线行走工况下液压马达同步控制特性进行研究，分别分析了行走回路采用开环、闭环控制模式时变负载工况下回路的压力特性以及退锚机器人直线行走工况下行走马达同步性能。结果表明：在行走马达突变负载工况下，开环控制无法对马达的转速进行稳定控制；闭环控制下，左、右两侧马达可以较快响应给定控制信号，同时直线同步控制效果较好。研究结果可为矿用退锚机器人液压控制系统的工程设计开发提供参考。

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