为简化雕铣机数控系统的硬件结构、降低硬件成本、增强可拓展性,基于PC平台提出一种全软件数控系统的设计方案。搭建雕铣机数控平台,构建以Linux+Xenomai双内核实时系统为基础的EtherCAT主站。在Linux域中基于Qt开发数控系统软件,设计UI界面、逻辑处理、运动控制、功能接口等模块;在Xenomai域中基于实时函数库开发硬件驱动程序,设计进程通信模块和定时驱动模块,重点说明采用有限状态机开发的定时驱动模块程序。阐述数控加工工作流程,进行系统性能测试和加工实验。结果表明:该系统实时性强、运行稳定,可满足雕铣机的数控加工要求。

深入研究工业机器人通过协作与变位机进行船形焊接的路径规划。考虑到船形焊接工艺要求,设计在焊枪姿态约束下的机器人运动平稳性能评估指标,并作为评价焊接目标函数;利用灰狼优化算法对协作焊接路径进行目标寻优,使得焊缝中所有焊接点处于最优的船形焊接位姿且焊枪处于理想焊接姿态。结果表明:整个焊接过程中机器人与变位机的轨迹都十分平滑,可有效保障焊接质量并提高生产效率。

为解决传统机械臂难以在非结构化的狭窄空间中进行探测、维修、清理等作业的问题,设计一款绳驱超冗余机械臂并进行力学分析。该机械臂整体由驱动部分与机械臂组成,在机械臂根部加装一段可伸缩杆,使它可在水平方向移动;并在每个连杆内部都加装滑轮,减少绳索与连杆的摩擦。通过ADAMS分析关节与绳索的瞬态受力情况,通过力矩平衡方法对绳索进行静力学理论分析,计算出各个关节在任意角度时绳索受力情况,验证仿真结果。利用ANSYS Workbench对受力最大的关节进行强度校核,验证其应力符合材料强度要求。

为了研究环烯烃类共聚物(COC)微流控芯片热压键合工艺,设计了以STM32单片机为硬件平台的温度控制系统。该系统搭载FreeRTOS多任务操作系统,使用热敏电阻NTC为测温元件,温度数据处理采用巴特沃斯低通滤波,采用模糊增量式PID控制算法,以脉冲宽度调制PWM对半导体制冷片进行温度控制,实现了在键合工艺温度75~85℃内的精准控温。系统超调量在1%以内,升温速率为0.50℃/s以上,降温速率为0.34℃/s以上,控温精度为±0.3℃。

对五轴数控机床的铣削力进行精准预测,有利于提高工件的加工质量。因此,提出一种采用动态补偿的五轴机床铣削力预测方法。分析五轴数控加工中心结构,研究五轴数控铣削加工中心的进给传动动力学;通过测量切削扭矩,计算电机传递的总转矩,在冲击力激励的作用下,计算它与测量扰动频率响应间的传递函数。将实际切削扭矩分解成直流(静态)分量和交流(谐波)分量,在此基础上采用卡尔曼滤波器衰减噪声,并补偿结构动态模式对间隔采样的切削力矩的影响,从而减少结构动态模式引起的测量值失真。引入Denavit-Hartenberg方法,通过雅克比矩阵求取工件框架中刀具上的切削力和扭矩与驱动框架中驱动力和扭矩的转换关系,进而将刀尖力映射为驱动力矩,以实现对铣削力的预测。结果表明:所提方法预测的力信号与实测的力信号几乎一致,说明该方法能较精准地预测五

焊缝轨迹的识别与离散、焊枪姿态的自动生成方法是智能焊接专用软件开发的关键技术点。针对专用焊接软件需要按模型自主识别焊缝轨迹、轨迹曲线离散以及实时生成焊枪法向量姿态的任务需求,结合Open CASCADE开发平台,提出一种不依赖商业CAD/CAE软件的基于模型的焊缝轨迹识别与离散算法以及焊枪姿态自动生成方法。并通过焊接仿真实验、MATLAB轨迹离散精度分析以及机器人焊缝轨迹行走实验,验证了焊缝轨迹离散与焊枪姿态生成方法的精确性和有效性。

针对早期设计的桥式起重机数字化开发系统存在开发环境兼容性差、流通范围小、开发语言落后、设计思路具有局限性的问题,结合网络协同的设计思想,使用Visual Studio 2013中的ASP.Net.Core作为开发框架,C#作为开发语言,进行桥式起重机云平台开发,完成桥式起重机三维模型驱动与机构的尺寸排布校核;根据NSGA-II算法验证主梁的设计可行性并给出轻量化设计方案,然后快速生成工程图纸并调整;最后使用云开发的SaaS服务模式,实现多租户在网络浏览器端对桥式起重机的协同化与定制化设计。该数字化系统兼容多开发环境下的服务,为传统起重机行业从数字化向智能化发展提供参考。

齿轮模态分析主要依靠数值模态分析和试验模态分析法,存在求解过程繁琐且无法直接获取齿轮参数与模态频率振型之间耦合关系的问题。为进一步掌握齿轮主要参数对约束模态频率的影响,根据模态有限元计算理论,对双圆弧齿轮约束模态模型进行研究;分析前6阶模态振型图,采用正交试验方法,运用方差分析,计算各因素对模态频率的影响因子;定量分析双圆弧齿轮的齿数、模数、螺旋角、齿宽因素对约束模态的影响。结果表明:齿数是影响固有频率的主要因素,其次是模数、螺旋角和齿宽;对试验结果进行中心化一次非线性回归模型计算,建立双圆弧齿轮约束模态频率计算模型,实现双圆弧齿轮约束模态的快速计算,对比验证1阶频率计算值的准确性。研究结果为全面研究双圆弧齿轮的振动和噪声特性提供参考。

鱼雷热动力装置各组件结构复杂,振源丰富且耦合程度高。为模拟动力装置的真实工作状态,有效隔离电机等试验环境对动力装置的振动传递,设计一种基于帘线式弹性气囊的隔振支撑系统,并对其进行技术特性研究和试验验证。结果表明:该系统在充分保障试验台运行可靠性和安全性的前提下可有效阻断环境振动的传递途径,为动力装置振源分离、评估和控制提供参考。

由于供输弹系统早期故障信号成分复杂,故障特征微弱,故提出一种基于自适应噪声完备经验模态分解(CEEMDAN)与以冯诺依曼拓扑结构(VN)改进鲸鱼算法(WOA)优化下的最小二乘支持向量机(LSSVM)的故障诊断方法。在对所测信号进行预处理即去趋势项和零点漂移后,通过CEEMDAN对供输弹信号进行分解,得出模态分量(IMF);然后依据相关系数和峭度准则这两个标准来选取符合标准的IMF分量,提取这些分量的分布熵(DE)作为特征;最后用VNWOA-LSSVM诊断模型,输入供输弹系统3种不同工况下的振动信号特征进行故障诊断,并且还对比了LSSVM、PSO-LSSVM、GA-LSSVM和WOA-LSSVM等方法对故障的识别率。实验结果表明:这些方法中经VNWOA优化后的LSSVM的识别率最高,高达94.03%。