摘要：[目的]高空中壁面作业有一定的危险性,一旦发生事故,会造成人员伤亡和经济损失;采用爬壁机器人代替人工是很好的解决方法.爬壁机器人吸附的稳定性对其工作可靠性与效率有极大影响,因此,对吸附技术的研究是设计爬壁机器人的关键之一.目前,对于爬壁机器人吸附机理及其应用的研究尚未形成系统化的对比分析.[分析]介绍了常见几种吸附方式——磁吸附、负压吸附、静电吸附、仿生吸附的吸附机理以及各自研究进展,对比各种吸附方式的应用场合,分析了各种吸附方式的优缺点以及应用前景.对现有常用爬壁机器人的吸附方式进行了分析、总结、对比与展望,以期为爬壁机器人的研究提供有益指导.

摘要：针对冗余移动机械臂的轨迹规划问题,提出一种基于多项式插值法同时结合分段规划思想的方法.将机械臂与移动平台视为一个整体系统并进行运动学分析,建立运动学模型,推导了通用形式的几何雅可比矩阵及其伪逆;在轨迹规划过程中,以轨迹运行时间、移动机械臂末端移动的空间距离为优化目标,同时考虑各关节速度及加速度的约束,采用遗传算法对冗余移动机械臂的轨迹进行了优化.仿真实验结果表明,优化后运动的轨迹平滑,移动平台与机械臂各关节位移及速度曲线连续且平稳,验证了方法的可行性与有效性.

摘要：针对风电机组传动链上故障相似度高的问题,提出了一种基于经验模态分解和信号均衡处理的单样本风电机组轴承故障诊断方法.该方法通过对实际监测故障信号进行经验模态分解,得到不同模态的信号分量;计算各模态分量的能量值和峰值,选择能量大且峰值高的部分模态分量进行信号重构,得到新的故障信号;对新的故障信号进行小波包分解,并将小波包分解第三层分量进行信号重构.将重构信号的方差作为故障诊断的特征值,对特征值进行非线性均衡处理,解决了信号互相淹没的问题.引入区分度的概念,用来量化不同故障信号之间的区别.试验结果表明,所提故障诊断方法有效,处理前后风电机组传动链上的4种故障间的区分度明显增大,说明试验方法具有强鲁棒性.通过与改进的模糊聚类方法和基于改进AlxeNet网络深度学习的方法对比,本文所提方法表现更优.该方法仅用单样本实现风电机组传动链故障诊断,符合风电机组低故障率的特点,对实际工程中风电机组排故效率的提高有重要意义.

摘要：针对交叉滚子轴承人工装配存在的效率低、成本高和误差大等问题,设计一种4自由度机械臂,可对交叉滚子轴承进行自动装配.为提升机械臂的工作效率,以时间为适应度函数,提出了一种基于3-7-3多项式插值函数的改进灰狼算法(Improved Gray Wolf Optimizer,IGWO)对机械臂运动轨迹进行优化;该算法用非线性控制因子替代线性控制因子,并与天牛须搜索(Beetle Antennae Search,BAS)算法相结合,能够避免陷入局部最优,提高算法的求解效率和精度.仿真结果表明,与灰狼算法(Gray Wolf Optimizer,GWO)相比,改进灰狼算法运动时间缩短了17%,效率得到明显提升,且各个关节的轨迹曲线光滑连续.研究为机械臂的后续运动控制等奠定了基础.

摘要：针对管道清理作业中人工巡检效率低、精度差,管道维修保养麻烦等问题,提出了一种螺旋驱动式管道巡检清理机器人.该机器人通过螺旋驱动方式来确保其在管道内的稳定运行,通过弹簧变径的适径方式适应管径的变化,采用机械清理和高压水射流清理相结合的方法,对管道内的污垢进行清理.通过对机器人驱动轮体进行受力分析,建立了牵引力分析模型、机器人驱动单元直管运动模型;同时采用坐标变换法,分析了机器人的管内运动过程,研究了机器人的运动特性.最后,对机器人的牵引力和在直管中的速度进行了仿真分析和试验验证.结果表明,机器人实际速度为0.075 m/s,满足设计指标下的最小牵引力为39 N,机器人在通过直管的过程中其速度与驱动轮偏转角度正切值成正相关,仿真分析结果与实际情况基本吻合.该巡检清理机器人的研究对于管道的清理和维护具有一定的参考价值.

摘要：针对谐波齿轮传动中S形齿廓存在的啮合区域优化问题,提出一种有效边缘点共轭齿廓的设计方法,避免了S形齿廓方程复杂导致的无法求解问题.以S形齿廓的凸齿廓为啮合副基础齿廓,分别以传统间隙调整法与有效边缘共轭点法设计了柔轮、刚轮的齿廓,并在平面数值分析、有限元模型中对比分析了两种设计方法所得齿廓的啮合特性与接触应力.研究结果表明,有效边缘共轭点齿廓设计方法可以同时实现二次啮合和两点啮合,增大了啮合角度以及啮合弧长;整圈啮合齿对数增加了 15.78％,有55％的柔轮齿参与啮合,提升了谐波齿轮传动负载性能;有效增大了接触区域,齿廓间的最大接触应力降低了 24.36％,可有效降低柔轮和刚轮齿面间的磨损.

摘要：[目的]运动学冗余并联机构相较于常规并联机构,具有姿态工作空间大且能避免奇异位形等优势.但其活动度L大于末端执行器的自由度n,导致机构刚体数目过多,使其动力学建模变得更加困难.因此,基于虚功原理提出一种针对3-[P(RR-RRR)SR]运动学冗余并联机构的动力学建模方法,进一步简化建模的过程.[方法]首先,在机构活动度L对应的高维度广义空间上选取广义变量,推导了机构内各构件的速度、加速度和系统输出速度、加速度之间的运动学传递关系,求解了机构各构件与广义变量的雅可比矩阵;然后,运用虚功原理建立了该并联机构的动力学模型;最后,通过末端执行器的五次多项式轨迹跟踪对模型进行仿真,并与Adams软件的计算结果进行比较.[结果]分析结果表明,各关节的驱动力/力矩的理论值与仿真值之间的最大相对误差仅有1.58%.这证明了该模型的准确性与可靠性,同时也说明此方法能够为该机构动力学特性的深入分析和控制策略的研究提供参考.

摘要：[意义]在当前人口老龄化和下肢障碍人群急剧增加的情况下,开发主动助力下肢康复外骨骼机器人具有重要的意义.[分析]对国内外主动助力下肢康复外骨骼机器人的研究现状进行了综述.按单关节和多关节进行分类,重点总结了两类机器人的结构、适用人群、应用场景等关键信息;对其中的关键技术(驱动器类型、人机耦合、能源动力等)进行了阐述和分析;最后,围绕主动助力下肢康复外骨骼机器人的关键技术与未来发展趋势进行了分析与展望.

摘要：为了提高电动叉车的续航里程及动力性能,提出了加装两挡变速器的传动方案.首先,基于驱动电动机的外特性与效率特性提出了两挡传动系统参数匹配方法;其次,以某型电动叉车为研究对象,对其驱动系统进行了改进:在不改变驱动电动机各项参数的基础上,将传动系统由一挡改为两挡,并对主减速比及变速器的两挡减速比进行匹配;最后,利用ADVISOR软件对电动叉车进行了平衡重式叉车循环工况仿真分析.结果显示,在不改变驱动电动机各项参数的基础上加装两挡变速器,可提升整个电动叉车的动力性和经济性;车速由0加速到最高车速的时间缩短了0.4 s,满载爬坡度提高了2.5%,2小时叉车等效工况循环的电池能耗降低了3.5%.

摘要：[目的]在焊接和喷涂等非接触加工中,运行效率、平稳性和能耗一直是工业机器人轨迹优化的瓶颈问题.为此,提出一种基于改进粒子群算法的轨迹规划方法.[方法]首先,提出一种基于平滑路径的加速度连续性约束方法,使机器人各关节的速度、加速度和急动度是有界且连续的;其次,提出一种可变角插值法来选择最优焊枪末端轨迹离散点;最后,采用精英突变策略的粒子群求解最优能耗对应的时间序列,提出一种应用平均模糊隶属度函数筛选出帕累托前沿最佳解的方法,进而规划出能耗的最优连续运动轨迹.[结果]试验结果表明,该方法从最佳时间、冲击的平衡以及加速度的连续性三个方面进行了提升;对比标准粒子群和遗传算法,寻优能力分别提升22.83%和25.63%.Adams软件动力学仿真和实际焊接试验结果显示,规划轨迹满足工业焊接需求.

摘要：[意义]四足机器人的跳跃功能是实现机器人在复杂环境中的高机动性和适应性的重要能力.[分析]综述了四足机器人跳跃功能的研究现状,包括结构设计、控制模型设计和控制算法设计3个方面的最新进展.在基于跳跃功能的结构设计方面,通过优化四足机器人的骨架结构、关节设计和材料选择,来提高跳跃能力和稳定性.在基于跳跃功能的控制模型设计方面,提出多种动力学模型来描述四足机器人的跳跃行为,这些模型可用于预测和优化跳跃性能,并为后续控制算法设计奠定基础.准确的控制模型可以保证稳定和精确地控制,从而提高机器人跳跃性能和适应性.在基于跳跃功能的控制算法设计方面,传统的控制方法,如PID控制、模糊控制和自适应控制等,被广泛应用于跳跃功能的控制;此外,先进的控制方法,如强化学习、神经网络和遗传算法等,也被探索应用.这些方法能够提高跳跃性能、稳定性和适应性,使机器人能够在动态和复杂环境中实现高效跳跃.

摘要：针对标准快速扩展随机树(Rapidly Exploring Random Tree,RRT)算法在复杂环境下存在盲目扩展、陷入局部搜索易导致规划失败、采样成功率低、路径冗长等问题,提出一种自适应目标导向策略结合区域采样备选策略以及贪婪剪枝策略的改进RRT算法.在机械臂运动学基础上,用包络简化机械臂模型来提高碰撞检测的效率;自适应目标导向策略解决了复杂环境中RRT算法盲目搜索、搜索成功率低、不易收敛的问题;区域采样备选策略解决了 RRT算法易陷入局部搜索、采样成功率低以及采样时间长的问题;贪婪剪枝策略剔除了冗余节点,缩短了路径,提升了路径质量,增强了算法的鲁棒性.在Matlab软件和机器人操作系统(Robot Operating System,ROS)中对不同场景进行了避障仿真规划.结果表明,改进RRT算法平均搜索成功率提高了 82.4％,平均采样成功率提高了 67.5％,平均路径规划成功率提高了 70％,平均时间效率提高了 81.9％,平均路径长度缩短了 63.05％.最后,对实体机械臂进行轨迹规划,进一步验证了算法的实用性与有效性.

摘要：如何有效计算结合面的接触刚度以及分析结合面刚度对整体结构动态特性的影响,是机械结构研究的重要课题之一.目前更多的是简单地将分形理论应用于结合面刚度计算分析,难以全面地对微观形态接触特性进行分析.因此,亟待提出齿面接触刚度计算的新方法,对微观形态接触特性进行分析.基于W-M(Weierstrass-Mandelbrot)函数构建了齿面微观结合面三维实体模型,考虑粗糙度对刚度的影响,提出了一种基于分形维数D和齿面粗糙度的粗糙表面轮廓分形表征新方法;探讨了微凸体接触变形机制,揭示了接触刚度随微凸体变形而变化的规律.研究表明,在同一粗糙度的微观结合面中,当微凸体变形到同一水准时,分形维数D越大,其接触刚度越大;在同一分形维数、不同粗糙度的结合面中,结合面的粗糙度越小,接触刚度越大.

摘要：齿轮线速度越高,摩擦生热现象越显著,不利于齿轮寿命和效率提升.因此,需要开展高线速度下齿轮副的喷油冷却特性分析,探究最佳的冷却参数.基于Hertz接触理论和齿轮啮合特点,求解了齿面平均接触应力、相对滑动速度和摩擦因数;根据生热理论,得到了高线速度下齿面平均热流密度;进而将齿面热流密度作为边界条件,建立了节圆线速度达120 m/s的高速齿轮喷油冷却特性仿真模型;探究了喷油速度、喷油角度以及齿轮整流罩配置对齿轮冷却特性的影响规律.结果表明,提高喷油速度能在一定程度上改善齿面冷却效果;喷油夹角为60°、轴向喷油角度为+20°时,能得到更低的齿面温度;配置轴向整流罩时的齿面降温效果比配置其他整流罩时更好.

摘要：对于开槽盘式磁力耦合器输出转矩的求解,提出了一种能够考虑磁路中各支路差异性以及相互作用的等效磁路法.导体转子采用的开槽形式,使得磁路中永磁体对应的气隙、导体和齿槽组成的支路并不相同,各支路的具体形式和内外转子相对位置有关;所提方法考虑各永磁体块所对应不同支路对电磁转矩的影响,并把整个磁路作为一个整体进行求解,考虑了各支路间的相互作用,提高了开槽盘式磁力耦合器输出转矩的计算精度.最后,利用所提方法对磁力耦合器不同滑差率、不同极弧系数和不同开槽比下的输出转矩进行了预测,并通过三维有限元分析和实验进行理论验证.经验证,所提方法能够满足工程应用的准确性要求.

摘要：针对现阶段多自由度机械臂逆运动学求解方法大多存在着求解精度不高、通用性差的问题,提出一种人工进化蜂鸟算法(Artificial Evolved Hummingbird Algorithm,AEHA),用于机械臂逆运动学求解.首先,以6自由度机械臂为研究对象,建立其逆运动学的非线性方程组;以机械臂末端位姿误差为优化目标,结合能量损耗构建适应度函数,将逆运动学问题转化为目标函数优化问题,并采用所提算法求解该问题.人工蜂鸟进化算法通过引入Sobol序列与Levy飞行策略,提高了算法摆脱局部最优的能力;引入差分进化策略,可实现个体之间交叉进化,避免过早收敛.然后,通过基准函数测试,验证所提算法具有良好的收敛精度.最后,对6轴机械臂进行逆运动学求解仿真.结果表明,人工进化蜂鸟算法在求解精度、稳定性等方面优于对比算法,求解精度达到10-9mm,可以应用于多自由度机械臂逆运动学求解.

摘要：最小熵解卷积(Minimum Entropy Deconvolution,MED)是近年来较为流行的一种算法,被广泛应用于齿轮箱、轴承等部件的特征提取与故障诊断.但在实际计算过程中,MED逆滤波器的参数设置对提取结果十分敏感.为解决这个问题,提出了一种优化MED的滚动轴承故障特征提取方法.该方法在MED计算过程中,综合考虑了不同逆滤波器长度下特征频率的能量占比,从而确定最佳逆滤波器参数;同时,利用包络信号的自相关性,进一步增强滚动轴承微弱故障特征信号.通过将自相关包络与优化MED方法相结合,开发了一种新型的齿轮箱滚动轴承特征提取与故障诊断方法.仿真和试验验证说明,该方法能够有效增强与轴承故障相关的特征信号,且优化MED方法明显优于传统的MED和其他相关的轴承信号处理方法,特别是由于自相关包络能够显著增强脉冲成分以及具有良好的去噪特性,在实际齿轮箱轴承故障诊断中的效果更为突出.

摘要：[目的]刮板输送机链轮的过度磨损、超寿命工作情况会导致卡链、断链等故障,对输送设备的正常运行造成不利影响.为了指导用户及时更换不宜继续使用的链轮,降低设备故障的发生率,提出一种矿用刮板输送机链轮更换修复评价方法.[方法]基于Archard磨损理论,对链轮的淬火硬度层的硬度特性进行研究,对圆环链传动系统在链轮不同磨损程度下的啮合传动过程进行动力学仿真分析,并对刮板输送机的动态特性进行试验,以验证仿真分析的准确性.[结果]结果表明,链轮链窝磨损深度达到最大淬火硬度层深度时,链轮的性能显著下降,应该考虑更换链轮;圆环链传动系统出现速度波动、接触力和拉力异常增加的情况时,也应及时更换链轮,以确保设备的稳定运行.所提方法为刮板输送机链轮的维护和更换提供了依据.

摘要：[目的]为探究安装误差和齿面摩擦共同作用下直齿轮副啮合和动力学演化规律,采用直齿轮副几何关系分析与能量法相结合的方法,研究了安装误差和齿面摩擦对直齿轮副啮合的影响.[方法]基于集中质量法建立了直齿圆柱齿轮副6自由度弯扭耦合振动模型,通过龙格-库塔法求解获得了表征系统啮合行为及动力学响应的数值解.[结果]分析结果表明,直齿轮副啮合刚度幅值随齿面摩擦因数的增加而降低.同时仿真结果表明,适当地调整直齿轮副安装情况和合理的齿面摩擦因数,可以改善直齿轮副传动精度和振动情况.结果可为开展系统误差影响下直齿轮传动系统的动力学研究提供参考.

摘要：[目的]为解决下肢运动功能障碍患者出行困难的问题并促进下肢功能恢复,设计了一款多姿态多功能下肢辅助装置,提供代步、辅助起立和下肢康复训练功能.[方法]通过Ansys软件进行静力学仿真,评估装置在使用时的安全性;建立下肢外骨骼运动学及动力学模型,得到各关节的空间位姿和理论力矩,为后续样机制作提供理论支持;构建人体-辅助装置系统"零点力矩"(Zero-Moment Point,ZMP)位置模型,计算理论ZMP点,并将虚拟样机导入Adams软件中仿真,得到支撑足位置变化;通过比较ZMP点与支撑足位置验证装置的稳定性并搭建实物样机.[结果]对比仿真与试验数据证实了样机设计的合理性,为后续研究提供了依据.