带双目视觉的SCARA机械臂运动学分析及轨迹规划

为了解决SCARA机械臂因目标位姿变化而引起抓取任务失败问题,给出了一种基于机器视觉目标检测与定位的机械臂控制方法。通过双目相机成像模型实现坐标系之间的转换,利用计算机视觉识别及三维匹配方法,达到对目标物体定位的目的,从而确定机械臂末端执行器的期望位置。结合使用D-H参数法建立机械臂的运动学模型,通过运动学方程的逆解,得到末端执行器到达期望位置时机械臂各驱动关节的变量参数,然后对其进行轨迹规划仿真,得到了连续且平滑的各关节位移、速度、加速度变化规律曲线,同时使用SCARA机械臂进行装配实验。实验结果表明该系统能够准确、稳定地把物体放到目标位置,完成装配任务,从而为开发机械臂运动控制系统提供重要的参考。     

[数据驱动的智能服务]数据驱动的复杂产品智能服务技术与应用

随着传感器、数据采集装置和其他具备感知能力的模块在复杂产品服务运行阶段的应用，复杂产品运维系统的数字化和智能化程度越来越高，具有实时、多源、异构、海量等特性的数据成为提高复杂产品系统可靠和低成本运行的决策依据，数字孪生技术提供了一种有效途径。介绍了数据驱动的复杂产品智能服务研究进展；分析了数据驱动的智能服务基本特征与框架模型；提出了数据驱动的复杂产品智能服务方法，主要包括面向服务的复杂产品建模与仿真方法、数据驱动的服务需求获取与精准分析预测方法、基于数字孪生的设备故障识别与动态性能预测方法、数据驱动的装备视情维修与备件库存联合多目标决策优化方法、基于数字孪生的复杂产品辅助维修技术、多要素协同的复杂装备能效精准分析预测方法、基于数据挖掘的复杂产品运行优化控制方法等；给出了智能服务系统的应用案例。所提出的框架和方法可为现代制造服务的智能化转型升级提供参考。     

线切割一体化滑动轴承的静态性能研究

提出一种新型线切割一体化径向滑动轴承,该轴承瓦块在载荷的作用下能够围绕轴承座上的固定支点作微小弹性变形和摆动,具有可倾瓦轴承的特点。根据润滑理论,建立该新型线切割一体化径向滑动轴承的数学模型;采用Fortran与Ansys混合编程的方式,编制线切割一体化径向滑动轴承的动力学性能计算程序;考虑支座变形和瓦块变形的影响,考察偏心率、轴颈转速和支点几何尺寸对轴承单瓦块静态性能的影响。结果表明:轴承轴瓦受到的负载和最大压力随转速和偏心率的增大而增大,随支撑高度的增大而变小;轴瓦支点和半径方向的变形随转速和偏心率的增大而增大,其对轴承性能的影响不能忽略。     

面向大规模个性化的产品服务系统模块化设计

提出了面向大规模个性化的产品服务系统(PSS)模块化设计框架,通过物理与服务的内部模块组合,实现客户需求的大规模、个性化、低成本与快速提供。论述了大规模个性化与大规模定制模式的区别,归纳总结了面向大规模个性化的PSS模块化设计研究与应用现状,分析了面向大规模个性化的PSS模块化设计基本特征与实现模式,提出了面向大规模个性化的PSS模块化过程与方法。这一系统归纳的面向大规模个性化的PSS模块化设计框架与方法为产品的大规模个性化设计和产品服务系统模块化设计提供了理论参考。     

数字孪生及其应用探索

数字孪生是一种集成多物理、多尺度、多学科属性,具有实时同步、忠实映射、高保真度特性,能够实现物理世界与信息世界交互与融合的技术手段。随着数字孪生车间概念的提出,数字孪生在智能制造中的应用潜力得到越来越多的关注。分析了数字孪生在企业应用和理论研究上的进展,基于前期提出的数字孪生的五维结构模型,提出数字孪生驱动的6条应用准则,探索了数字孪生驱动的14类应用设想与实施过程中所需突破的关键问题与技术,为未来开展数字孪生的进一步落地应用提供理论和方法论参考。     

基于降维解法的具有脊柱的四足仿生机器人正运动学分析

为了利用机体变化与腿结构运动的协调,提升仿生机器人的跳越及越障能力,介绍了一种具有脊柱的新型四足仿生机器人构型。对该类机器人的正运动学问题进行了详细研究。根据机器人结构的约束,建立了包含所有驱动角度的运动方程组。针对运动方程组中包含冗余驱动角度,而求解冗余驱动角度十分困难的问题,采用了一种降维解法。该降维解法通过将运动方程组的一个方程转为约束方程,对运动方程组的其余方程采用迭代运算以求满足约束的解,可以有效地求出冗余驱动角。在此基础上,对具有脊柱的新型四足仿生机器人的质心位姿进行求解分析。相关算例的验证说明,此项研究有利于加快该类机器人的实用进程。     

电机与负载轴承耦合故障的谱峭度诊断方法

当机电传动系统中电机轴承与负载轴承同时发生故障时,呈现出振动信号复杂、轴承故障信号信噪比差、故障特征不明显的特点。针对上述问题,提出了基于小波和谱峭度相结合的轴承耦合故障诊断方法。首先,通过小波分解可以将耦合故障的多频带故障特征分解到各个子频带中,减少不同故障之间的相互影响;其次,根据谱峭度最大原则自动选择最佳带通滤波进行滤波,对滤波后的信号进行包络分析,从包络谱中对故障特征频率进行快速有效的识别,进而确定故障类型和故障位置;最后,利用支持向量机实现电机轴承耦合故障的模式分类。实验结果表明,利用该方法能够有效地滤除噪声干扰,提取强谐波信号下的弱故障特征,效果优于传统谱峭度分析方法。     

圆柱内壁件下压装配机械手结构实现及弹簧参数优选

根据特定产品生产工艺要求,设计了一种用于圆柱内壁件作业的内撑式抓取与下压装配机械手。该机械手在手指系统与筒状手掌之间采用弹性连接。在高速作业过程中,这类弹性连接形成手指系统的残留振动。在对机械手结构设计思想与结构介绍的基础上,对机械手系统采用Adams运动仿真,分析了弹簧系统参数对手指系统的残留振动的影响,并对影响机械手振动特性的关键参数——连接弹簧的参数进行了优化选择。实际机械手的运行结果表明,该机械手结构与弹性参数的选择可以很好地满足特定对象的作业要求。     

面向人机交互的数字孪生系统工业安全控制体系与关键技术

面向人机交互的数字孪生系统工业安全控制体系与技术是系统应用实施的重要支撑,为了突破数字孪生系统中人机交互的安全控制机制和若干关键技术,在分析面向人机交互的数字孪生系统特征的基础上,建立了面向人机交互的数字孪生系统工业安全与控制体系架构,提出数字孪生系统工业安全与控制机制,研究了系统工业安全与控制关键技术,包括人机远程安全操控技术、人机协作作业安全控制技术、模型/数据安全技术、系统态势感知与监测预警技术。通过智能设备远程人机交互与安全操控原型系统和汽车焊接装配工作站人机协作安全控制案例,初步实现了部分关键技术。     

绿色制造模式下多目标柔性工艺规划问题研究

为保证生产效率的同时减少制造过程中的碳排放量,对绿色制造模式下的柔性工艺规划问题进行了研究。建立了绿色多目标柔性工艺规划问题数学模型,设计了包含机床碳排放量、冷却器碳排放量、运输工具碳排放量的最小化总碳排放量目标函数。针对建立的模型,提出了基于NSGAⅡ的求解方法,使用多维编码方法分别处理工艺规划问题的多种柔性因素,设计了基于非支配等级和拥挤距离的适应度评价方法处理多个优化目标。设计了绿色制造模式下多目标柔性工艺规划问题测试实例,并对实例进行求解,计算结果验证了该模型和求解方法的有效性。