2021年, 第49卷, 第21期　
刊出日期：2021-11-15
  

  • 全选
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    工业机器人专栏
  • 基于IPSO算法的机器人抓取系统刚度优化研究
    刘小臣, 何卫东, 姚世选, 张迎辉, 崔泽
    机床与液压. 2021, 49(21): 1-7. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.21.001
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    微小型工业机器人以其强耦合性、可扩展性、高精度被广泛应用到各行业,然而大多数机器人以串联型为主,其结构弱刚度问题会导致机器人动作时产生振动从而影响整体稳定性。以服务型机器人为研究对象,为保证机器人结构刚度以及抓取物体过程的稳定性,对机器人整体结构刚度进行优化。对机器人进行运动学静态建模,利用刚度等效原理计算机器人关节刚度;在抓取位姿范围约束下,将机器人末端刚度椭球半轴长作为优化指标,采用改进粒子群算法(IPSO)对机器人在不同抓取位姿的刚度进行优化,并将结果与遗传算法、粒子群算法的优化结果进行对比;通过ANSYS有限元分析和实验对比机器人优化前后的末端变形量,结果表明:基于IPSO算法的机器人抓取系统刚度优化对提高机器人整体稳定性具有一定意义。
  • 基于LMI优化的对偶四元数手眼标定算法
    王龙, 闵华松
    机床与液压. 2021, 49(21): 8-14. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.21.002
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    针对相机标定误差和机器人正运动学求解的误差对手眼标定精度的影响以及传统对偶四元数法用奇异值分解求解手眼标定时易受到外界干扰产生较大误差的问题,提出一种基于LMI优化的对偶四元数手眼标定算法。该方法以对偶四元数的形式将手眼标定方程分解成两部分,简化问题模型,分别估计旋转矩阵和平移向量。该方法先用线性矩阵不等式优化的方法替代传统奇异值分解法求得精确度更高的旋转矩阵,再通过改写平移向量的标定方程,建立新的目标函数,然后用线性矩阵不等式优化的方法求得平移向量。最后,通过开源数据集实验和手眼标定平台上的实测实验结果分析,证明了该算法在求解精度和稳定性上都优于传统对偶四元数(CDQ)算法、经典算法Tsai法和Navy法,并验证了该算法在实际应用中的可行性。
  • 自适应管道打磨机器人的通过性分析与仿真
    刘芳华, 孙威
    机床与液压. 2021, 49(21): 15-21. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.21.003
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    针对管道机器人难以检测打磨管内缺陷且通过性差的问题,设计一种自适应管道内壁检测打磨机器人,研究其在直管、弯管以及障碍管中的通过性能。提出管道机器人的结构方案,分析其行走驱动装置及作业装置特点;建立机器人的运动学模型,结合结构在管道内的受力,对机器人在不同管道内运动的受力状态、几何约束与运动特性进行分析;运用ADAMS仿真软件和整体化仿真方法,对机器人在管道中的通过性能进行仿真分析。结果表明:该机器人可以通过水平直管、弯管和内含10 mm高环形障碍的管道,但机身速度、压力和车轮的接触力存在一定波动;在通过弯管时,采用内外车轮差速、外扩变径机构,可降低内耗、增加贴合力。
  • 多轴联动动态前瞻轨迹规划
    梁艳阳, 吴伟, 姚超智
    机床与液压. 2021, 49(21): 22-27. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.21.004
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    为使工业机器人有一个更平稳的运行轨迹,针对多轴联动轨迹规划中相邻两段之间的过渡问题,提出一种高效的过渡处理方法。根据动态给定的位置序列、前瞻段数、轴的速度和加速度范围,结合反向前瞻和正向规划方法,提出一种新型的多轴联动动态前瞻轨迹规划核心算法。在此算法基础上,应用S形滤波器将该算法所规划的梯形速度曲线转化为S形速度曲线。采集六自由度工业机器人的关节位置点序列进行仿真研究,以验证所提算法的性能。
  • 基于机器视觉的多关节机器人智能装配系统设计
    高斌, 费继友
    机床与液压. 2021, 49(21): 28-32. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.21.005
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    设计一种智能装配系统,采用机器视觉识别工件的位置、角度和类型;将工件的信息通过Modbus-TCP通信协议传输到S7-1200 PLC控制器;控制器根据既定的程序算法将处理好的工件相关数据信息传输到多关节机器人的控制器,进而使机器人按照预先示教好的程序和算法对工件进行抓取和装配。该系统在实际应用中效率高、稳定性好,能有效降低人工成本,并且可以根据不同工件灵活改变控制策略,具有较大的经济和社会效益。
  • 六自由度机器人的运动学分析及码垛轨迹规划
    孙阳, 杨先海, 代瑞恒, 陈晓虎, 谭帅, 薛鹏
    机床与液压. 2021, 49(21): 33-37. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.21.006
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    现如今生产过程中的码垛场景多为专用的四自由度码垛机器人,通用性和灵活性较差。为提高码垛过程中机器人的通用性和灵活性,实现六自由度串联机器人的码垛,根据改进D-H法,在UR5机器人各关节末端建立固连坐标系,推导出UR5的正运动学变换矩阵及逆运动学各关节表达式。使用梯形速度控制,确定了码垛过程中直线轨迹部分的运动规律,得到了码垛过程中圆弧轨迹部分的坐标转换关系及机器人末端运动过程。在空间中规划出码垛时机器人末端轨迹,并进行仿真。绘制了各关节运动曲线,表明机器人在码垛过程中轨迹平滑,运行平稳,对六自由度串联机器人的码垛研究具有参考意义。
  • 基于机器视觉的工件分拣及上下料系统
    彭杰, 孟祥印, 李晟尧, 李泽东
    机床与液压. 2021, 49(21): 38-42. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.21.007
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    为了解决传统工业机器人无法对多个不定位姿的工件进行分拣抓取的问题,搭建一套基于机器视觉的零件分拣及上下料系统。所搭建系统能够较准确地对铝件和有机玻璃件进行分拣,并对工件的位姿进行识别,最后将结果换算到机器人的世界坐标系下,对工件进行准确抓取和上下料。其中针对工件的分拣,提出了通过条形码进行识别分拣的方法,此方法简单有效,快速便捷。对与背景对比度不高的透明有机玻璃件的位姿识别,提出一种自适应调参线性变换方法,从而准确识别出透明件的位姿信息。经实验测试,所搭建系统具有较高的准确性。
  • 小型风电塔筒检测机器人设计与运动性能分析
    卢盛欣, 孟雷, 于力强, 侯元柏, 吴伟强, 贾超, 孙凌宇
    机床与液压. 2021, 49(21): 43-49. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.21.008
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    介绍一种小型爬壁机器人,用于风电塔筒的检测,以实现难以人工检测的风电塔筒的快速检测。对机器人的整体结构进行了设计,对机器人的吸附结构进行了计算和仿真。对机器人进行动力学分析,验证驱动力矩的计算结果。对机器人进行动力学仿真,确定驱动机构输出转矩的平稳性。通过实验验证了机器人能够在塔筒表面安全稳定地运行。
  • 基于协作机器人的物流分拣软体夹具设计
    侯志刚, 方宝晟, 胡斌, 张云海, 崔华飞, 徐从旺
    机床与液压. 2021, 49(21): 50-55. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.21.009
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    为解决传统夹具适应性较弱的问题,设计一种以热塑性聚氨酯弹性体为材料的软体夹具。该材料低温柔顺性好、强度高,因此软体夹具可以与物体表面实现良好的贴合。利用SolidWorks完成软体夹具的方案设计,并在ABAQUS中进行夹爪适应性分析,计算夹爪抓取不同物体所产生的变形和应力。通过弯曲角度测试和末端接触力测试选择合适的夹爪长度,并通过3D打印制作软体夹具。在Baxter机器人上进行了质量测试和抓取试验,结果表明:该软体夹具可以有效、稳定、无损地抓取日常生活用品。
  • 基于安川机器人的工件位姿模拟系统设计
    陈东青, 邝禹聪, 容爱琼, 陈锐鸿
    机床与液压. 2021, 49(21): 56-61. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.21.010
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    为便于在实验室中进行工件位姿检测模拟,设计基于安川机器人的工件位姿模拟系统,包含模拟执行、测量标定、自动运行。基于安川工业机器人的六轴机体与平行移动功能,实现末端搭载被测工件的姿态模拟。采用API激光跟踪仪设计标定流程,获得准确的工具参数,保障模拟精度。利用PLC与触摸屏设计系统控制部分与人机交互部分,实现系统根据设置参数进行自动模拟。结果表明:该系统能在实验室条件下实现工件位姿模拟的自动化作业。
  • 驱控一体化机器人关节的研制及应用
    金力, 王成军, 夏科睿
    机床与液压. 2021, 49(21): 62-66. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.21.011
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    对国内外一体化机器人关节及协作机器人进行研究,概述国内外相关技术的发展现状,研制集高负质比减速机、力矩电机、力矩传感器、双编码器和智能驱动器于一体的多系列机器人关节,并开展了负载和精度测试实验,得出了多型号关节性能参数,以及基于驱动器电流和力矩传感器的关节负载特性。对机器人关节核心零部件进行分析,提出一体化关节的设计方法以及零部件设计选型经验。基于研制的一体化关节搭建了六轴和七轴机器人,实现机器人各关节分布式控制,为机器人的模块化和重构性问题提供了一种解决方法。
  • 基于步态规划的四足机器人运动学分析与研究
    郭建, 郭焕彰, 赵易, 梁永杰, 张晓佳
    机床与液压. 2021, 49(21): 67-72. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.21.012
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    对四足机器人进行运动学建模和分析,推导运动学的正解和逆解;然后基于五次多项式对机器人足端轨迹进行了步态规划,计算了四足机器人对角步态和三角步态的驱动函数。在仿真软件ADAMS中对三角步态和对角步态进行仿真。最后制作了样机,并对样机进行了测试。通过研究三角步态和对角步态的仿真结果和样机测试结果,验证了理论推导计算的正确性。
  • 清雪机器人自主定位与导航系统设计与开发
    张声成, 蒋永翔, 孙宏昌, 张廷, 张树刚, 张勇
    机床与液压. 2021, 49(21): 73-78. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.21.013
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    针对清雪机器人在未知环境中缺乏环境感知能力和自主规划路径等问题,研究基于机器人操作系统(ROS)结合激光雷达的同时定位与建图技术(SLAM)、路径规划技术,确定清雪机器人的研究思路。采用基于改进Rao-Blackwellized粒子滤波SLAM用于机器人在未知环境中实现同时定位和建图,通过激光雷达扫描匹配建立栅格地图,采用A*和DWA算法对建立的栅格地图进行全局路径规划和局部动态避障,并通过自主开发的清雪机器人作为实验平台验证可行性。结果表明:在实际环境中,基于激光雷达的同步定位与建图有效解决了清雪机器人位姿估计和地图构建问题,清雪机器人能够按照指定清雪路线移动,并避开实时出现的障碍物,验证了清雪机器人设计的可能性。
  • 一种自重构机器人及其重构策略研究
    张华瑾, 郭山国, 高桂仙, 杜海彬, 张长军, 王玉
    机床与液压. 2021, 49(21): 79-83,98. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.21.014
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    设计了新型均一性可移动空间多角度自重构机器人单元模块MSMAbot,由于其丰富的连接面与自由度,可在平面与空间组成多种不同构型。结合该模块的结构特点与图论理论,建立双模块动态连接边信息规则,提出了基于空间连接信息矩阵组的拓扑描述方法;利用有界深度优先搜索算法对构型进行识别,实现了任意构型的空间信息表达。通过对不同构型间的连接信息进行分层并行比对,得到构型最优公共拓扑匹配与最优模块匹配映射,并对非公共拓扑部分模块进行重构,有效减少了重构模块与步数,缩短了重构时间。最后,在ADAMS环境下对两种构型的重构进行了仿真实验,验证了分层并行重构策略的有效性。
    • 试验与研究
  • 一种基于改进FxLMS算法的低频正弦振动控制技术研究
    邓彬, 陈章位
    机床与液压. 2021, 49(21): 84-88. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.21.015
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    针对经典正弦振动试验控制算法在较低频段(如0.1~5 Hz)存在幅值估计时间长、估计精度低等问题,研究一种基于改进FxLMS算法的低频正弦振动控制算法,利用自适应机制,同时实现了标准振动台系统传递特性的在线辨识和驱动信号的逐点修正,提高了正弦试验的幅值控制精度和稳定时间。利用数值仿真研究了收敛因子对算法收敛速度的影响,完成了对比实验。结果表明:在0.5 Hz频率正弦振动试验中,仅需10 s即收敛至5%的幅值精度,显著优于逐步逼近算法,证明了改进FxLMS算法可以很好地满足低频正弦振动试验对幅值控制精度和实时性要求。
  • 基于常态挖掘轨迹的铲斗疲劳寿命研究
    刘菊蓉, 孙浩然, 梁杨, 冯明豪, 魏万行, 任志贵
    机床与液压. 2021, 49(21): 89-93. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.21.016
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    针对实际挖掘过程中液压挖掘机铲斗铰点载荷谱难以获取、导致铲斗疲劳寿命难以分析的问题,提出基于常态挖掘轨迹的铲斗疲劳寿命分析方法。首先根据实际挖掘过程选取常态挖掘轨迹,对常态挖掘轨迹中各分段轨迹的液压缸理论挖掘力进行计算,得到挖掘阻力载荷谱;然后基于挖掘轨迹对工作装置挖掘过程进行仿真,获得铲斗铰点载荷谱;最后建立铲斗有限元模型,结合挖掘阻力和铰点载荷谱对铲斗静力学和疲劳寿命进行协同分析。以21T挖掘机铲斗为例,采用上述方法对其进行疲劳寿命分析,计算得到了J3J4轨迹中铲斗的最低疲劳寿命为3.293 6×107次。铲斗疲劳寿命分析结果验证了该方法的可行性,为挖掘机工作装置的疲劳分析提供了参考。
  • 基于FPGA的多轴旋转变压器解调系统的实现
    齐勇胜, 刘曰涛, 杨林, 曹彬, 孙佳霖
    机床与液压. 2021, 49(21): 94-98. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.21.017
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    旋转变压器因其高精度、高可靠性的优点广泛应用于工业控制的各个领域,专用解码芯片为核心的解调系统只能实现一对一的解调方式,不方便扩展。针对以上问题,提出以现场可编程门阵列为核心的多轴旋转变压器解调系统。该系统可以同时解调8个旋转变压器角度数据,采用前置CORDIC算法的闭环解码跟踪算法实现解码,解调精度高、速度快,适用于多轴联动控制系统中伺服电机角度的测量。通过实验验证了该系统的可行性,证明了该算法可以提高多轴解码系统的解码精度。
  • 聚合物微流控芯片微滴生成及其尺寸检测
    邱似岳, 任晓龙, 邹大鹏, 梁帅, 任勇
    机床与液压. 2021, 49(21): 99-104. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.21.018
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    以应用在ddPCR检测的聚合物微流控芯片作为研究对象,针对其微通道的具体结构特点,研究其微滴生成尺寸与连续相(氟油)、离散相(去离子水)理论驱动压力的关系。通过设计的检测平台,配合计算机图像处理手段,对在驱动压力范围下生成的微滴进行图像拍摄、尺寸测量和均一性分析。研究结果表明:连续相(氟油)驱动压力与离散相(去离子水)驱动压力分别为31 kPa和26 kPa,能稳定生成满足尺寸指标要求的微滴,且球形良好、液滴界限明显;图像检测处理的结果与CCD高速摄像头配套软件抽样的测量均值接近,误差控制在2μm以内,可实现快速检测,应用方便,可操作性强。
  • 金刚石印压微孔工艺参数优化分析
    石广丰, 于大伟, 侯岁维, 韩旭, 李友良
    机床与液压. 2021, 49(21): 105-108. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.21.019
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    为提高室温金刚石纳米印压铜片所得微孔的质量,减少微裂纹以及获得孔径更小的微孔,提出加热辅助印压新工艺方法,借助加热影响铜片的组织与性能,改善成孔效果。建立微孔边缘裂纹与工件晶粒微观组织、金刚石压头和加热温度之间关系,并对这三方面进行分析,通过DEFORM软件对印压微孔进行模拟,并结合实验研究,对加热印压纯铜动态再结晶细化晶粒进行分析,确定了加热印压最佳工艺参数。结果表明:加热印压微孔时最佳成形温度为200℃,最佳下压速率为0.01 mm/s。
  • 基于GABP神经网络的微铣削多目标预测与优化研究
    张杰翔, 孙日文, 李志永, 王文广, 刘俨后, 宋山
    机床与液压. 2021, 49(21): 109-113. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.21.020
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    针对子午线轮胎模具侧板加工过程中存在加工能耗高、表面质量差的问题,以45号钢子午线轮胎模具侧板为研究对象进行微铣削试验,着重研究主轴转速、每齿进给量、切削深度3个切削参数对切削比能和表面粗糙度的影响。通过试验数据样本训练和检测基于遗传算法改进的多目标BP神经网络,实现不同切削参数组合下切削比能和表面粗糙度的多目标预测;利用NSGA-Ⅱ对切削参数进行多目标优化,获得了20组Pateto解。预测和优化结果表明:提高主轴转速既有利于降低切削比能又有利于改善表面粗糙度,而增大每齿进给量和切削深度会降低切削比能但会增大表面粗糙度;切削比能和表面粗糙度相互抑制,不能同时改善。在兼顾切削比能和表面粗糙度的情况下,较优参数为主轴转速19 370~20 000 r/min、每齿进给量0.055~0.06 mm/齿、切削深度0.4~0.456 mm。
  • 四旋翼飞行器自适应神经网络轨迹跟踪控制器设计
    季晓明, 文怀海
    机床与液压. 2021, 49(21): 114-120. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.21.021
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    针对带有模型不确定性和未知外界干扰的四旋翼飞行器轨迹跟踪控制问题,提出一种自适应RBF神经网络控制策略。该方法利用RBF神经网络在线逼近和补偿系统中的未知非线性函数,减少对数学模型的依赖,提高抗干扰能力;结合Lyapunov方法导出在线调节神经网络权值的自适应律,增强鲁棒性;利用Lyapunov理论证明控制器的稳定性。通过仿真和试验验证该方法的有效性和工程应用价值,结果表明:在时变干扰和参数摄动作用下,所提方法相对于自抗扰控制的调节时间缩短1.1~2.1 s,轨迹跟踪的绝对误差平均值减小38.27%,具有更好的鲁棒性和抗干扰能力。
  • 迷宫式调节阀内部流动与损失量化研究
    张贤, 石月娟, 周鹏波, 杨文泽, 王凯, 郭语
    机床与液压. 2021, 49(21): 121-125. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.21.022
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    迷宫式调节阀具有独特的迷宫式盘片结构,在减缓或避免旁路系统中出现汽蚀、闪蒸、振动和噪声等不利影响时起重要作用。然而,盘片结构也会导致阀内流场变化复杂,流动损失加剧。介绍迷宫式调节阀的工作原理,建立调节阀仿真模型,通过流量系数和质量流量验证仿真模型的准确性。对不同阀口开度下的气动特性进行分析,并利用熵产率及熵产率体积分数对各开度下损失进行量化研究。结果表明:随着开度的减小,阀内速度整体呈减小的趋势,但压力并未呈线性变化;阀内低频段的速度波动,可能是导致阀内噪声和流致振动的重要原因;高损失区域主要集中在迷宫盘片的通流区域,而损失随着开度的增大呈规律性增大。
  • 水下作业工具库换接装置对接过程研究
    陈光, 颜兵兵, 张宝岩
    机床与液压. 2021, 49(21): 126-130. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.21.023
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    水下作业工具库换接装置主要用于连接水下作业工具与水下作业机器人所携带的液压源,为水下作业工具提供液压动力。设计一种换接装置,可实现2组液压回路的水下无污染连接。将换接装置公头总成与母头总成的对接过程简化为孔与轴的对接过程,利用ADAMS软件对给定参数下的对接过程进行仿真,结果表明:存在角度偏差时装置的对接力较大。
  • 数控机床丝杠空心/错流/螺旋式内冷结构降温对比研究
    李帅, 莫凯娜, 黄华清, 韦林君, 王慧娟
    机床与液压. 2021, 49(21): 131-135. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.21.024
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    为减少丝杠受热变形对工件加工精度的影响,在现有空心式内冷结构基础上,提出错流式与螺旋式2种内冷结构降温方案。利用有限元分析法,对3种内冷结构进行降温试验对比,通过分析丝杠径向与轴向温度分布情况,得出螺旋式内冷结构降温效果更明显且径向温度分布更均匀。进行通水前、后试验对比,结果表明:在通水前,错流与螺旋式内冷结构达到温度平衡状态耗时比空心式内冷结构约少4 h;通水后,螺旋式内冷结构比错流式内冷结构达到温度平衡状态耗时约少1 h,错流式内冷结构比空心式内冷结构约少3 h;在保证流量的情况下,丝杠降温效果取决于回水流道的分布情况,而不取决于进水流道;螺旋式内冷结构较其他2种内冷结构最先达到温度平衡状态。
  • 基于反馈型自适应鲁棒控制的伺服泵直接驱动电液系统精确运动控制研究
    潘洪坤, 关薇, 田江平
    机床与液压. 2021, 49(21): 136-141. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.21.025
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    由于传统泵控液压系统存在位置跟踪精度低、频率响应慢的缺点,给精确运动控制造成很多困难。对此,针对伺服电机泵直接驱动电液系统模型的非线性动力学特性和参数不确定性,采用反馈型自适应鲁棒控制(ARC),实现伺服泵直接驱动电液系统的精确运动控制。建立伺服电机泵直接驱动电液系统的动力学模型,通过非线性泵流量映射重新建立泵的动力学模型。采用反馈型ARC方法进行控制器设计,合成泵的控制输入,使气缸执行器位置跟踪一个期望的轨迹,并对系统模型的位移斜坡响应和伺服泵功率进行实验仿真。结果表明:相比于PID控制,反馈型ARC控制下的位移跟踪误差大幅度降低,伺服泵的平均功率分别降低了55%、26%、63%,峰值功率也有所降低。采用反馈型ARC控制,能够实现有效的模型补偿,使得系统运行稳定,提高系统模型的跟踪性能和鲁棒控制性能。
  • 基于模糊制动压力控制的电液制动系统研究
    韩伟, 李虹
    机床与液压. 2021, 49(21): 142-146. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.21.026
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    为实现对车辆制动系统的准确控制,设计一种基于模糊制动压力控制的电液制动系统。对电液制动系统的结构进行分析,明确其制动原理。对车辆进行建模,得到车轮纵向和横向受力的计算方法,建立车轮的动力学方程。通过扩展卡尔曼滤波器计算车辆制动压力控制时的相应参数,采用车辆的滑移角及滚动速度求取车轮的纵向和横向滑移系数。构造模糊推理系统的隶属函数,以车轮的滑移系数及附着系数作为依据,求取路面类型。根据路面类型,基于人工神经网络,得出参考滑移。利用参考滑移得到滑移误差和误差率;通过模糊控制隶属函数求出最佳控制压力,完成车辆制动控制。结果表明:在高附着系数路面及混合附着系数路面上,所提方法比模糊PID方法的制动时间分别缩短了10.66%和11.83%;在制动控制时,该方法的滑移率比模糊PID方法的滑移率波动幅度更小且更接近最佳滑移率,说明该方法能高效且稳定地实现车辆的制动控制。
  • 基于西门子840D SL系统快速I/O的并联控制应用
    杨桥, 谢颖, 李杰, 康志文, 郑和银, 汪强
    机床与液压. 2021, 49(21): 147-150. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.21.027
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    针对大型飞机部件加工中多台数控机床同步加工时存在的加工质量风险难题,基于西门子840D SL系统中的快速I/O功能,提出一种多台设备电气、程序控制判断方法。该方法能实现多台设备的并联互锁功能,有效解决了多台数控设备同步加工时存在的加工质量风险问题,为实现大型飞机部件数字化加工应用提供了参考。
  • 移位暂存法在复杂程序电控系统设计中的应用
    林少玲
    机床与液压. 2021, 49(21): 151-154. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.21.028
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    复杂程序单稳态电控系统由于输入信号、约束和联锁条件多等原因,造成设计过程中对设计者的依赖性强、干扰信号的判断与消除困难等问题。移位暂存法无需设计者进行干扰信号的判断与消除,通过合理分级,结合级数、信号元件、时序三者的关系图即可实现复杂单稳态电控系统的设计。仿真和实验结果表明:该方法设计效率高,设计的电气回路结构简单而且具有故障诊断和排除简单、直观等优点,同时可降低设计成本,提高经济性和实用性。
  • 一种在机检测触发式测头精度现场快速标定方法
    胡艳娥, 诸进才
    机床与液压. 2021, 49(21): 155-158. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.21.029
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    通过改变探针长度、探测速度和探测角度等参数,测定一款国产在机检测用触发式测头的预行程误差并建立误差补偿数据表。针对触发式测头由于自身三脚支架结构导致各向异性明显的特点,提出一种“离线误差数据表”+“在线方位判定”相结合的现场测头三脚支架方位快速标定方法。经实验验证,该方法能有效提高测头精度,并且提高在机检测标定效率90%以上。
    • 建模与仿真
  • 基于电磁挤压的磁流变液传动性能研究
    邱锐, 熊洋, 黄金
    机床与液压. 2021, 49(21): 159-163. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.21.030
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    针对磁流变液纯剪切传动传递转矩小的缺点,提出一种基于电磁挤压的磁流变液传动方法。利用有限元软件Ansoft Maxwell进行磁场有限元仿真分析,得到不同输入电流下磁流变液的剪切屈服应力以及压盘所受到的电磁力。基于磁流变液的挤压强化效应,分析磁流变液在受到压盘挤压强化后的剪切屈服应力及传递的转矩。结果表明:磁流变液在受到挤压后,剪切屈服应力会增大,从而使装置所能传递的转矩增大;磁流变液在挤压剪切模式下传递的转矩是纯剪切模式下的1.53倍。
  • 重载机械臂转速排量复合控制电动静液作动系统设计与仿真
    赵天鸿, 郭津津, 张高峰, 曹秀芳, 王收军
    机床与液压. 2021, 49(21): 164-168. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.21.031
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    主要研究转速和排量复合控制电动静液作动器(EHA-VSVP)系统在重载机械臂中的应用。在满足重载机械臂需求的基础上,利用AMESim和MATLAB建立液压系统和控制系统的仿真模型。为解决系统存在的相乘非线性耦合问题,使用分配解耦的控制策略,配合AMESim和MATLAB的联合仿真技术对系统进行仿真分析,从阶跃响应和正弦响应的角度探究系统的稳定性。仿真结果表明:所设计的EHA-VSVP系统原理正确,满足性能需求。该系统所使用的控制策略可以很好地解决相乘非线性问题,且权重分配具有一定的理论依据,可以满足控制需求。
  • 基于极限挖掘力的液压挖掘机组合挖掘仿真研究
    梁明锋, 陈进
    机床与液压. 2021, 49(21): 169-174. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.21.032
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    挖掘阻力计算的准确性是液压挖掘机仿真研究的基础,传统挖掘力模型未考虑阻力矩的存在。以某国产36.5T液压挖掘机为研究对象,通过试验测试,确定极限挖掘力所需阻力系数合理取值区间。以实测挖掘阻力和实测应力同步性为基础,选取组合挖掘轨迹上5个最大挖掘力点的对应姿态。通过仿真研究,对比极限挖掘力和传统挖掘力模型下5个挖掘姿态的应力和位移,并与实测最大应力值对比,验证了极限挖掘力模型具有更高的安全性和可靠性。
  • 双螺杆空压机气动噪声的数值模拟研究
    肖聪聪, 何亚银, 赵永强, 李志峰, 王军利
    机床与液压. 2021, 49(21): 175-179. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.21.033
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    为了研究双螺杆空压机内气动噪声的大小与分布规律,建立双螺杆转子的三维模型与空压机的流场模型。将流体动力学计算方法和声学有限元技术相结合,研究转子中心距和齿顶间隙对双螺杆空压机宽频噪声的影响。结果表明:双螺杆空压机进气口边缘处声功率级最低,与进气口接触且逐渐接近转子容积部分声功率级较低,而转子啮合部和排气口位置的声功率级最大,且宽频噪声的大小随着压力差增大而增大;当齿顶间隙为0.2 mm时,空压机的宽频噪声较小;转子中心距为81.2 mm时,空压机的宽频噪声较小。
    • 综述与分析
  • 超磁致伸缩驱动器磁滞数理模型研究进展
    闫洪波, 刘恩佐, 赵蓬勃, 刘霈
    机床与液压. 2021, 49(21): 180-185. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.21.034
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    对现有超磁致伸缩驱动器(GMA)数理模型的研究进展进行分类综述。从数学模型和物理模型两方面,系统地总结了各类模型的应用现状、发展分支及其发展趋势;综合对比和评价了Preisach模型、PI模型和J-A模型的优势与不足;探讨了GMA数理模型的未来研究方向。
    • 故障诊断与可靠性
  • 基于Cubic Hermite的改进EMD算法
    李奇, 刘自然, 颜丙生, 宋宇宙
    机床与液压. 2021, 49(21): 186-190. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.21.035
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    传统经验模态分解(EMD)算法求取IMF分量是依据信号极值点通过三次样条插值拟合上下包络线,然后求其局部均值,存在端点效应问题,严重影响部分特征信号的提取。针对此类问题,提出一种利用Cubic Hermite插值改进EMD过程的方法,并通过LabVIEW平台实现改进后的经验模态分解。采用频率和幅值不同的2种叠加正弦信号进行算法验证,结果表明:该算法能有效缓解包络线过冲、欠冲现象,抑制低频信号的端点效应和端点附近局部失真问题。
  • 石化齿轮箱振动信号高价值量纲一化特征提取方法研究
    苏乃权, 张清华, 胡绍林, 蔡业彬, 常晓筱
    机床与液压. 2021, 49(21): 191-194. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.21.036
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    石化齿轮箱故障信号特征之间呈现模糊性和耦合性,正常状态与异常状态之间相互影响,导致故障分类难。为解决此问题,提出一种石化齿轮箱振动信号高价值量纲一化特征提取方法。运用数据预处理方法,从采集的数据中抽取有效数据,对其进行量纲一化指标表示,再依据量纲一化指标分布规律提取高价值量纲一化特征。为保证样本的完备性,建立高价值量纲一化特征的增容模型。利用该方法能够准确提取石化齿轮箱实验机组轴承故障特征,可为石化齿轮箱特征提取提供参考。
  • 图论框架下基于优化灰色关联度的机床故障定位与诊断
    陈海彬
    机床与液压. 2021, 49(21): 195-200. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.21.037
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    为有效降低机床故障发生概率,在图论理论基础上提出基于优化灰色关联度模型的机床故障诊断方法。联合故障传播有向图定义机床故障的表征形式,并引入灰色关联度算法模型确定故障之间的关联关系,实现对故障点的精确定位。从机床故障数据特征着手,建立完整的集成诊断机制,进而实现对机床故障定位与检测。以FB260型数控锁床滑枕进给系统为例,验证提出的故障诊断方法的有效性,并将其故障诊断定位结果与传统FMEA方法对比,结果表明提出方法的节点深度控制的一致性更优。
  • 基于EEMD多维特征的旋转机械故障识别方法研究
    王博磊, 曹伟, 邢红涛, 常军燕, 巩振泉
    机床与液压. 2021, 49(21): 201-204. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.21.038
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    为有效诊断旋转机械故障,提出基于集合经验模态分解(EEMD)的多维特征提取故障诊断识别方法。利用EEMD将原始振动信号分解为若干个本征模态函数(IMF),分别计算原始信号和IMF分量的时域指标;将时域指标进行奇异值分解,得到奇异值特征向量,计算原始信号频率带能量比和IMF分量能量比;将IMF分量能量比、奇异值特征向量、频率带能量比组合为故障特征向量,作为神经网络的输入,对转子的工作状态进行诊断识别。结果表明:多维特征向量的识别效果优于EEMD能量特征,能更充分反映出转子的故障特征。
机床与液压
Machine Tool & Hydraulics
ISSN 1001-3881
CN 44-1259/TH

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