小型球形水底观测机器人设计分析与实现

面向水底信息获取和环境观测需求,基于球状壳体抵抗水压能力强,转动水阻力小,便于姿态控制特点,提出球形水底观测机器人构型,由螺旋桨推进、姿态调节和复合滚动装置组成欠驱动六自由度水下移动平台,球壳作为密闭舱保护内部电子器件,结合重摆以滚动形式实现水底滚动。通过对机器人流体力学仿真计算出水动力系数并建立水下动力学方程,进一步对机器人的螺旋桨推进、飞轮转向和球壳滚动进行分析,得出球壳优化尺寸以及飞轮匹配惯量和球壳滚动特性。基于球形机器人水下移动平台和地面监控软件的水底观测系统架构,研制出球形水底观测机器人原理样机,结合机器人的构型和运动特点制定出降落、滚动和调姿三段式水底运动观测策略,水池试验表明设计的球形水底观测机器人水中推进速度可达到1.4m/s,水底移动速度可达到0.5m/s,姿态调节速度可达到30°/s,能够实现水底图像采集,辅助岸上科研人员执行水底观测任务。     

轧管机芯棒支撑装置液压控制系统仿真设计

在深入分析轧管机芯棒支撑辊装置结构原理的基础上,采用仿真软件AMESim对其位置闭环控制液压系统进行动力学建模仿真,对比仿真结果和实测数据,验证了该仿真方法的正确性和对设计的指导性。通过AMESim二维仿真环境的运用,在系统设计前可真实展示设备的运动情况和工艺情况,为液压机械设备的设计提供参考。     

基于功率信息的机床稼动率智能监测与评估方法

现有基于PLC的稼动率评估存在成本高、通用性差等问题,同时,对于部分无PLC控制器的设备无法进行在线监测与评估.本论文基于设备功率曲线特征提出一种机床稼动率监控与评估方法,在分析常见加工设备功率曲线与运行状态关系的基础上,采用卷积神经网络算法对实时采集的功率曲线信息进行识别与分析,获取设备运行状态和工件信息,从而确定稼动率评估模型参数,实现对稼动率的实时监测与评估.最后,以滚齿、铣削、车削工艺设备为例,验证了该方法的可行性和实用性,对生产过程中的设备管理、生产管理具有重要支持作用.     

加窗插值快速傅里叶变换在滚动轴承故障诊断中的应用

针对滚动轴承故障信号强噪声背景和非线性等特点,为精确识别滚动轴承的故障特征频率,在最小熵解卷积和Teager能量算子解调基础上,提出了一种基于Hanning窗插值快速傅里叶变换的滚动轴承故障诊断新方法。该方法首先利用最小熵解卷积对轴承故障信号进行降噪,再结合Teager 能量算子对降噪后的故障振动信号进行解调,经傅里叶变换后得到信号的Teager解调谱;然后采用Hanning窗对解调谱进行加权处理;最后利用信号频点附近三根离散频谱的幅值做插值处理,从而得到精确的故障特征频率。轴承实测振动信号的分析结果表明：与传统的Teager 能量算子解调方法相比,在选取较少分析点的基础上,大多数情况下所提方法仍能精确识别轴承故障特征频率。     

[学科发展]绿色制造研究现状及未来发展策略

绿色制造是绿色科技创新与制造业转型发展深度融合而形成的新技术、新业态、新模式，正成为全球新一轮工业革命和科技竞争的重要新兴领域。在分析绿色制造广义内涵的基础上，从绿色制造创新模式、产品绿色评价、绿色设计、绿色制造工艺以及资源化与再制造等几个方面详细阐述了绿色制造包含的主要内容，并围绕国内外绿色制造发展战略、绿色制造创新机构、绿色制造标准体系及规范以及绿色制造企业实践等几个方面分析了绿色制造发展现状，最后给出了我国绿色制造未来发展建议策略。     

基于多特征i-vector的短语音说话人识别算法

当测试语音时长充足时,单一特征的信息量和区分性足够完成说话人识别任务,但是在测试语音很短的情况下,语音信号里缺乏充分的说话人信息,使得说话人识别性能急剧下降。针对短语音条件下的说话人信息不足的问题,提出一种基于多特征i-vector的短语音说话人识别算法。该算法首先提取不同的声学特征向量组合成一个高维特征向量,然后利用主成分分析（PCA）去除高维特征向量的相关性,使特征之间正交化,最后采用线性判别分析（LDA）挑选出最具区分性的特征,并且在一定程度上降低空间维度,从而实现更好的说话人识别性能。结合TIMIT语料库进行实验,同一时长的短语音（2 s）条件下,所提算法比基于i-vector的单一的梅尔频率倒谱系数（MFCC）、线性预测倒谱系数（LPCC）、感知对数面积比系数（PLAR）特征系统在等错误率（EER）上分别有相对72.16%、69.47%和73.62%的下降。不同时长的短语音条件下,所提算法比基于i-vector的单一特征系统在EER和检测代价函数（DCF）上大致都有50%的降低。基于以上两种实验的结果充分表明了所提算法在短语音说话人识别系统中可以充分提取说话人的个性信息,有利地提高说话人识别性能。     

混响环境下基于倒谱BRIR的双耳互相关声源定位算法

在实际封闭环境中,针对存在混响而导致声源定位性能下降的问题,提出一种基于倒谱双耳房间脉冲响应（Binaural room impulse response,BRIR）的双耳互相关声源定位方法.该方法通过从倒谱BRIR中减去混响分量,然后反变换到时域得到估计的脉冲响应,再与数据库中的头部脉冲响应（Head related impulse response,HRIR）进行互相关运算,最大互相关值相对应的位置就是所估计的声源位置.仿真实验结果表明,提出的算法能减少混响环境中带来的定位误差,提高声源定位的精度.     

同心连接器的力学性能测试技术和系统研究

为了能快速测量同心连接器插拔过程中的力学性能和准确评价机械寿命,研制了一种同心连接器的力学性能测试系统。该系统主要由运动模拟的机械装置和传感测量与电机控制的测控子系统组成,具有四路同步自动测试能力;根据连接器测试标准分析系统的性能指标,提出一种直线运动与旋转运动相结合的测试方法,使测试条件更加符合连接器真实使用情况;同时设计出具有自适应能力的柔性夹具,减少安装误差对测试结果的影响;对运动模拟机构进行建模分析研究,在极限速度条件下确定插拔循环周期内直线与旋转运动配合时序。对连接器样品进行单次和多次插拔测试,分析数据得到了连接器的力学性能并对机械寿命评估验证,实验结果表明该系统满足测试要求且能得到预期效果。     

旋转机械设备状态预警与维修优化

旋转机械设备的维修策略对于维护机械设备运行状态,保障产品生产质量有着重要意义,并且直接影响企业经济效益.频繁维修虽可以保障设备状态,但随之会带来高昂的维修成本;检修周期过长虽然可以降低维修次数,减少维修成本,但是设备状态却难以保证.本文提出了一种基于峭度指标的故障预警方法以及基于模糊C均值方法的实时维修策略优化方法.通过监测峭度指标变化,可以成功捕捉机械设备的早期故障特征,再使用模糊C均值方法,评估设备状态,将其结果视为设备运行可靠性指标,根据企业效益最优化的维修建议准则,对设备的维修策略做出实时建议.对某钢厂的设备状态监测数据分析验证,结果表明,本文提出的基于实时维修策略优化方法的维修建议更加适用于现场设备的管理,节约了监测成本,使得企业效益更优.      

融入二维码信息的自适应蒙特卡洛定位算法

蒙特卡洛定位（MCL）算法存在计算量大、定位精度差的问题，由于二维码具有携带信息的多样性、二维码识别的方便性与易用性的特点，提出一种融入二维码信息的自适应蒙特卡洛定位算法。首先，利用二维码提供的绝对位置信息修正里程计模型的累计误差后进行采样；然后，采用激光传感器提供的观测模型确定粒子的重要性权重；最后，因为重采样部分采用固定样本集会导致大计算量，所以利用Kullback-Leibler距离（KLD）进行重采样，根据粒子在状态空间的分布情况自适应调整下一次迭代所需粒子数，从而减小计算量。基于移动机器人进行的实验结果表明，改进算法与传统蒙特卡洛算法相比定位精度提高了15.09%，时间缩短了15.28%。