随着机械装备不断朝高速化、大型化、智能化方向发展,为了保障机械设备高效、安全、可靠运行,故障预测与健康管理(PHM)一直是工业领域研究的热点问题。机械装备的工作环境恶劣,工况复杂,多系统相互耦合,在长期服役过程中,其状态监测信息呈现出典型的“体量浩大、多源异构、生成快速、价值稀疏”的大数据4V特征。因此,“大数据”背景下的机械装备健康管理呈现出“三高”特点:(1)需要高容量的大数据存贮能力;(2)需要高效实时的数据处理能力;(3)需要高强的多源异构适应性。针对上述特点,亟需一种能够从海量数据中自适应提取故障特征并进行有效诊断、评估和预测的数据处理方法。深度学习理论作为机器学习的进一步发展,以强大的建模与数据处理能力,在图像处理、语音识别、自然语言处理等领域取得了巨大的成功,国内外诸多学者也将深度学习理论逐步引入到设备PHM当中,做了一些开拓性的工作。从深度学习在机械装备故障预测与健康管理应用中的基本流程入手,分析PHM深度神经网络的输入特征及其主要类型和特点,对比了PHM应用中常见的4类神经网络模型与其对应的模型训练算法,对深度学习在PHM应用的国内外研究进展进行了归纳总结,并展望了深度学习在PHM应用中的发展方向。

多机器人系统能可靠地完成单机器人无法完成的高效性作业,已成为构建智能产线的研究热点。从多机器人的机构优化布局方法和多机器人任务分配技术方面综述了多机器人系统的研究现状,并对该技术领域的发展趋势进行了分析和展望,指明了未来工作的研究方向。

基于距离误差模型的标定技术,建立机器人末端距离误差与机器人运动学参数误差间的模型关系,避免了标定过程中坐标系的转换误差,能显著提高标定精度。视觉测量技术具有测量精度高、非接触性、实时性强等特点,与传统的机器人末端测量手段相比,具有成本低、操作简单等优势。研究一种将距离误差模型与视觉测量技术相结合的机器人标定方法,用于提高工业机器人特定工作空间的精度。采用双目视觉系统,将相机外置于机器人进行测量。基于距离误差模型进行机器人参数标定,利用标定结果进行运动学参数补偿。结果表明:特定标定工作空间内的距离误差都有所改善;在标定轨迹上,绝对距离误差的平均值从0.279 9 mm减少为0.104 4 mm,非标定轨迹的误差降幅高达50%以上,验证了该方法的可行性。

针对目前深度强化学习移动机器人路径规划中稀疏奖励导致的效率低、收敛慢等问题，提出一种梯度奖励政策。使用区域分割将环境分割为缓冲区、探索区、临近区以及目标区，奖励的动态变化可以逐步缩小机器人的探索范围，同时在安全区域内也能获得正向奖励。首先输入机器人当前的位置坐标，经过神经网络后估计4个动作的Q值，随后通过去首动态贪婪策略达到最大化探索，最后采用基于均方误差的优先经验回放抽取样本进行梯度下降更新网络。实验结果表明：在小范围环境内探索效率可提升近40%，在大范围环境下成功率高于80%，而且在提高探索效率的同时增强了鲁棒性。

随着机器人在机械加工、搬运码垛、焊接喷漆和医疗卫生等领域的广泛应用，作为决定人-机、机-机交互安全性的碰撞检测成为研究热点。把碰撞检测算法按照不同角度进行划分，论述了不同算法所具有的特点及其常见的应用领域。分别阐述了特种机器人、多足式机器人、工业机器人和服务机器人等领域碰撞检测研究现状。通过对被检测对象及工作环境进行分析，结合不同碰撞检测算法的特点，给出了针对不同环境和领域机器人作业过程中的最佳碰撞检测算法。最后，总结了目前碰撞检测算法在机器人领域中存在的不足和对未来发展的思考和建议。

搭建一套大功率液压马达型式试验台,主要包括硬件系统、测控系统和测试软件。试验台的最高试验压力为40 MPa、最大试验流量为1 000 L/min、最高试验转速为3 000 r/min、最大试验转矩为45 000 N·m,系统的测试精度等级为A级,可基本满足不同规格型号液压马达的型式试验要求。利用该试验台分别对10种不同规格型号的低速大转矩液压马达和摆线液压马达的容积效率、总效率、最低转速和起动效率进行测试,结果表明:有多个低速大扭矩液压马达和摆线液压马达的总效率和最低转速不符合行业标准要求,产品质量有待提升。该试验台已经用于液压马达产品的第三方检验检测。

电子机械制动是线控制动的一种重要形式。以企业内部某样车为目标车型,设计一套后轮电子机械制动卡钳(EMB)。基于卡钳刚度建立了卡钳夹紧力控制仿真模型,并进行了夹紧力响应特性试验验证。EMB卡钳响应最大需求夹紧力时间约为160 ms,夹紧力输出能够较好地跟随阶跃、正弦及随机目标曲线。仿真模型能够较准确地模拟卡钳夹紧力及活塞位移变化。同时,卡钳刚度标定对EMB卡钳夹紧力输出具有很大影响,对卡钳刚度进行准确估计是EMB卡钳夹紧力精确控制的基础。

六足仿生机器人每条腿具有3个转动关节，当三角步态行走时，机体为3-U^rRS并联机构。利用螺旋理论和互易积理论分析3条支链对上平台运动产生的约束作用，分析了该机构自由度。在不同的驱动形式下固定驱动关节，分析各支链作用在上平台的约束线簇，建立并联机构的雅克比矩阵。利用ADAMS仿真验证了所求雅可比矩阵的正确性。雅可比矩阵分析对于六足仿生机器人进行可达空间分析、机构尺度综合、路径规划和协调控制都具有重要意义。

为实现工业机器人与数字孪生体之间数据的双向驱动，基于数字孪生系统架构，开发一种工业机器人虚实联动系统。在Unity3D中搭建虚拟场景，建立关节控制、末端点位控制、末端轨迹控制等多种方式实现虚拟机器人的仿真运动。基于TCP/IP协议的Socket网络通信模式，利用双向传输的机器人位姿状态等数据驱动虚实模型同步运动。经测试，该系统具有良好的实时性与沉浸性，能够满足工业机器人的实时监测与可视化控制要求。

针对传统阀后补偿负载敏感液压系统较低压力侧压力补偿阀工作时温升高、使用性能及寿命低等缺点,提出一种两个液阻并联分流的改进阀后补偿负载敏感液压系统。利用AMESim仿真软件建立该系统的模型并进行仿真研究。结果表明:在相同工况下,改进后的负载敏感系统能够根据需要灵活降低单个压力补偿阀上的能量损耗,提高系统及元件的性能和使用寿命。所得结论为阀后补偿负载敏感液压系统的优化设计提供了参考。

滚动轴承剩余使用寿命(RUL)预测对保障旋转机械设备平稳运行意义重大。针对时域特征预测精度波动大、数据利用率低等问题，提出一种基于时域和谱峭度特征融合及指数模型的滚动轴承RUL预测方法。从时域和谱峭度提取信号的特征进行平滑处理并基于单调性尺度排序，从而选取优势特征通过主成分分析(PCA)构建健康指标。然后，通过3σ准则确定退化点后对数据再处理。最后，基于贝叶斯理论和极大似然函数估计指数退化模型的参数来预测轴承每时刻的RUL，采用XJTU-SY数据集验证所提方法的有效性。结果表明：所提方法可根据当前观测轴承进行小样本数据潜在信息的挖掘，并能在强噪声背景下准确地表征非平稳信号的退化过程，提升RUL预测的精度。

为提高橡胶挤出机料筒温度控制系统输出响应的动态与稳态性能,并在干扰作用下使系统输出稳定在目标值,采用智能算法结合PID控制原理,设计一种Smith预估算法结合模糊控制算法与PID控制的控制器,用于橡胶挤出机料筒温度控制。利用MATLAB软件建立控制器仿真模型,与增量式PID和模糊PID控制器的控制效果进行对比。结果表明:在干扰作用下,Smith-模糊PID控制使得料筒温度控制系统输出稳定在目标值;采用Smith-模糊PID控制器的料筒温度控制系统鲁棒性强,将该控制器应用于橡胶挤出机料筒温度控制,可以在一定程度上提升挤出半成品质量和挤出机械的智能化水平。

焊接机器人可大大改善工人劳动条件、提高生产效率,其特征工艺参数的合理选择是确保焊缝成形质量的关键。分析了焊接机器人焊接过程中关键特征工艺参数对焊接质量的影响,并对各种工艺参数的预测方法及其特点进行了分析和综述。对焊接机器人特征参数预测方法的发展趋势进行了展望,提出了未来的研究方向。

Trajectory Planning and Simulation of UR5 Manipulator Based on MATLAB Robotics Toolbox

机床的热误差已成为影响机床工作性能的最主要因素之一,滚珠丝杠作为机床进给系统关键部件,其热变形直接影响着机床的加工精度。因此,对滚珠丝杠进行热误差控制与补偿十分重要。过去几十年里,国内外学者对滚珠丝杠进给系统热误差研究可以分成三部分内容:热特性研究,热误差建模和热误差补偿。先通过滚珠丝杠热特性分析获取必要的参数,然后以此为基础进行合理的热误差建模,最后进行热误差检测及其补偿。以此为脉络展开,分别探讨了三部分内容国内外的研究现状以及存在的优缺点,并对未来的研究趋势进行了展望。

为降低调试周期和成本，提前预知系统级风险，基于数字孪生的虚实一致特性，提出一种基于数字孪生的固定轨物流拣选虚拟调试系统设计方法。根据固定轨物流拣选系统的特性和调试需求，建立虚拟物理模型、虚拟执行系统和虚拟控制系统，同时对控制器-虚拟模型接口进行设计，实现虚实之间的通信。通过物流拣选系统实例，验证了基于此数字孪生模型进行虚拟调试的有效性与实用性，基于数字孪生的固定轨物流拣选虚拟调试系统能够降低物流拣选系统的调试周期和成本，进而提高调试效率。

现有的比例调速阀通过压力补偿阀或数字补偿器，已具有良好的负载敏感特性。但调速阀结构复杂，制造成本高，同时回路会产生较大的节流功率损失，效率低。针对上述问题，使用比例溢流阀控制调速回路，通过PID和神经网络逆模型两种控制方法，实现负载敏感和实时调速功能。利用AMESim与MATLAB/Simulink搭建联合仿真模型，对该回路进行动态特性分析。仿真结果表明：两种控制方法都能使回路具备负载敏感和实时调速的能力。在负载敏感特性方面，神经网络逆模型控制优于PID控制，当负载突变时，响应速度快，转速超调小，有更高的抗负载干扰能力。在实时调速方面，PID控制优于神经网络逆模型控制，响应速度更快。

为了解决页岩气开采用螺杆钻具双等壁厚定子内螺旋曲面难加工的问题，建立双等壁厚定子的外高压成形数值模拟模型，研究管坯几何尺寸、液压力大小和回弹对定子成形质量的影响规律，通过实验和三维测量验证了数值模拟模型的准确性。结果表明：管坯几何尺寸与壁厚、等效塑性应变、位移、残余应力和间隙值成正比；成形液压力达到150 MPa及以上对等效塑性应变、壁厚几乎没有影响；定子胀型区域的回弹量大于过渡区域和接触区域；当成形液压力为210 MPa，管坯内径为88 mm，定子成形质量最优。

多机器人系统与单机器人相比，具有工作效率更高、灵活性更好等特点，受到广泛关注。轨迹规划决定了机器人末端执行器的作业效率和运动性能。多机器人系统在工作空间大范围重叠情况下，每个机器人的协同轨迹规划的计算量非常大。从基本轨迹规划、最优轨迹规划及深度学习等方面，详细分析和综述了多机器人轨迹规划的各类方法，并对该领域的技术发展趋势进行了分析和展望，指明未来工作的研究方向。

碳纤维复合材料具有轻质、高强等优异性能，被广泛应用于机械设备当中，液压系统中液压缸质量是制约其效率的主要因素之一，液压缸主要由缸筒体、活塞杆和密封结构组成，其中质量减轻最为关键的部件是液压缸筒体，为此液压缸轻量化技术主要通过碳纤维缠绕成型制作液压缸筒体实现，随后与其他部件装配构成碳纤维复合材料液压缸。综述国内外金属/非金属内衬式筒体、全复合材料液压缸筒体最新研究进展，分析国内外碳纤维液压缸筒体的特点；其次对碳纤维液压缸筒体成型工艺进行分析，说明工艺参数(缠绕角度和缠绕张力)对产品性能的影响；最后指出液压缸轻量化最终的发展方向。

对国外某型号加工中心进行可靠性综合分析,采集各子系统故障数据,并应用MATLAB软件进行分析,确定各子系统的故障频率分布函数,计算求得平均故障间隔时间、平均首次故障时间的点估计值与当量故障率。应用基于熵权理论和专家经验的主观、客观赋权相结合的方法确定指标综合权重,采用三角形和半梯形相结合的隶属度函数对各指标的模糊性进行描述,并应用模糊数学理论对高档加工中心各子系统可靠性水平做出综合评价。利用最大隶属度选择原则获得各子系统的可靠性划分等级,最终确定该型号高档加工中心的可靠性等级为“高”。

为揭示双腔式油气缓冲器在动态激励下的复杂动力学特性,考虑其气液两相流动,分别建立某起落架双腔式油气缓冲器的动力学数学模型与流固耦合有限元模型,对比分析冲击、正弦激励、随机激励工况下缓冲器的动力学特性。结果表明:双腔式油气缓冲器有限元模型计算结果与数学模型基本一致;在大位移冲击下,等效动刚度呈非线性;在正弦激励下,等效动刚度随激励幅值与频率的变化而变化,并且幅值的改变对缓冲器等效动刚度影响较大。采用流固耦合的方法能够分析油液高速流动下内部复杂流场的问题,更接近实际情况。

随着国内钻井深度的不断增大以及井内低产层的逐渐增多，使得井内油液的开采难度进一步增大。虽然现有的深井射流泵可利用高压流体(人工从地面打压进井内的高压流体)来实现对油液的举升，但是该方法的生产成本较高，并且当被举升的油液中混有细小砂粒时，油液中的砂粒将会对射流泵造成一定冲蚀影响。为了降低射流泵的冲蚀磨损程度，并且提高采油效率与减少生产成本，根据油田层系(高低压油层)较多的特点，设计一种射流泵，该射流泵可以转化现有层间矛盾，把高压油液作为动力液来实现对低压油层的开采。通过对射流泵的整体结构进行分析后，发现该射流泵中存在一处90°弯曲流道，该流道内壁面为吸入液入口处的正对迎流壁面，所受砂粒的冲蚀磨损较大。为了得出砂粒对壁面的冲蚀磨损程度与影响因素，利用CFD与DPM模型对该冲蚀过程进行精确仿真，通过改变网格尺寸大小验证了仿真模型的网格无关性与仿真结果的收敛性后，利用控制变量法与数值模拟进一步分析流体速度、砂粒直径等对该流道的冲蚀影响规律。最终发现流速大于4 m/s或者砂粒直径大于0.7 mm时，最大冲蚀速率与每天的最大冲蚀厚度的增大幅度变得更加明显。就冲蚀区域而言，流道上所形成的冲蚀磨损区域成椭圆状，该冲蚀区域的中心位置所受到的冲蚀磨损相对较少，并且该区域大小并没有随着流体速度等影响因素的变化而发生较大改变。

针对六自由度机械臂时间最优轨迹规划问题，提出一种基于改进粒子群算法的4-3-4混合多项式插值轨迹规划算法。算法采用自适应惯性权重，它能根据搜索过程的各个阶段采用相应大小的权重，有利于跳出局部最优陷阱，保持粒子群多样性；以非线性学习因子代替传统粒子群算法中固定的学习因子，有效提高算法的收敛速度和求解精度。通过MATLAB进行仿真验证，结果表明改进粒子群算法收敛速度提高46%，寻优精度提高38%，同时机械臂轨迹规划时间缩短了大约36%，充分地证明了该轨迹规划算法的可靠性和优越性。

由于汽轮机转子叶片运行工况复杂多变,极易在根部产生裂纹等危害性缺陷,对超声检验的专业性、安全性、稳定性及便捷性等提出了更高的要求。如何发现超声检验中的不足并加以改进,使之能更好地适应现场检查成为被关注的议题。简单介绍超声相控阵检验技术工作原理,重点对检验工艺和检验器材的选定、超声相控阵检验工艺和检验过程中问题等进行详细论述,并针对存在的问题提出改进建议。最终确定的相控阵检验技术在现场实际应用中发现了重大危害性裂纹缺陷,可在核电无损检验领域进行推广。

从移动机器人在非结构环境下应用定位需求出发，系统梳理了移动机器人定位研究发展历史，划分为经验积累、理论框架形成和应用研究突破3个阶段。指出了推动移动机器人定位技术发展的3个主要矛盾，比较并总结了用于解决关键问题的算法的优缺点，展望了基于视觉的移动机器人定位的重点研究方向。

针对风电机组齿轮箱的故障诊断中特征提取过分依赖人为经验和准确率不高的问题，提出一种基于长短时记忆网络(LSTM)与支持向量机(SVM)相结合的方法。对原始时域振动信号作傅里叶变换，利用LSTM神经网络自适应智能提取特征的优势，结合SVM的分类功能，实现对风电机组齿轮箱更加准确的故障诊断。仿真结果显示，该网络模型在经过16轮训练后准确率可以达到100%，使用测试集数据准确率也可以达到99.1%。

介绍了微喷砂表面处理技术进展及工作原理，分析了微喷砂处理对涂层刀具表面完整性、切削性能的影响。研究发现，微喷砂能够改善涂层刀具表面的粗糙度并提高涂层表面的残余压应力，进而提升刀具的切削性能并延长使用寿命。总结了微喷砂表面处理技术对涂层刀具表面的影响，并且对微喷砂表面处理技术进行了展望。研究结果为涂层刀具的表面处理和绿色智能制造提供了参考。

针对传统故障诊断方法在数据查询上灵活性差、效率低、可扩展性差、故障报警信息形式单一等问题,开发一种以移动终端为平台的远程监测与故障诊断系统。该系统通过Internet实时采集工业机器人的运行数据并上传到服务器端。利用智能手机可以随时随地查看工业机器人工作状态,实现远程数据监控和故障报警。结果表明:该系统增强了现场数据查询的灵活性,提高了故障诊断的准确性和现场故障处理的及时性。

提出一种基于PLC控制的双层升降横移式立体车库的设计方法。它采用液压传动技术控制机械结构进行车辆的升降和移动。主要研究内容有立体车库的总体设计、液压传动系统设计、电气控制系统设计以及PLC编程等。该系统已应用，效果良好。

针对批量加工皮带轮用圆盘类零件中人工上下料问题，设计一种经济型数控车床适用的自动上下料方案，有效提高了生产自动化程度。整个装置基于CK6136-750机床，采用SolidWorks软件对自动上下料装置进行了设计，包括上料机构、下料机构、坯料推进机构等。通过数控系统二次开发，结合气动技术、PLC控制技术与传感器技术，开发自动上下料控制系统，并添加进CNC系统的辅助功能中，实现了上料、加工、下料的一体化控制，可以一人多机操作，降低了生产成本，缩短了加工时间，具有广泛的市场需求和工业应用前景。

通过为数控机床配备零件精度检测用测头以及相应的检测代码,即构成在机检测系统。该技术将加工和检测集成在同一台机床上完成,避免了多次装夹、重复定位误差,可以较好地解决零件精度超差难以修正和辅助时间长等现实问题。主要介绍数控加工精度在机检测技术的国内外研究现状与进展,包括在机检测系统开发应用、测头预行程误差补偿技术和带修正功能的在机检测系统开发等。并指出目前在该领域存在的一些关键问题,急需进一步解决和提升。

液压转阀是一种能实现液压系统油路切换的控制元件,具有换向频率可控的特点,尤其在高频液压激振系统中应用较多。关于液压转阀性能研究的成果较多。从液压转阀的结构创新、液动力特性、高频换向特性、缝隙流特性等方面进行了总结,概述了影响转阀性能的有关因素,提出了液压转阀有待于深入研究的一些问题。

轴向柱塞泵工作环境恶劣、工况复杂，柱塞在柱塞腔内做往复直线运动，承受着复杂的交变应力，疲劳损伤是其常见的失效形式之一。为了分析柱塞泵的疲劳损伤、预测其剩余寿命，提高其运行的安全可靠性，提出柱塞泵疲劳损伤分析及寿命预测方法。建立柱塞泵的刚-柔-液耦合模型，进行联合仿真并分析；基于Miner疲劳累计损伤理论，运用ANSYS Workbench软件及nCode模块，得到柱塞的疲劳损伤云图和疲劳寿命云图，对柱塞泵疲劳损伤的薄弱部位以及剩余寿命进行分析，最后探究了主轴转速、工作压力对柱塞泵疲劳损伤及剩余寿命的影响。结果显示：在典型工况下，柱塞的疲劳寿命约为7 448.8 h，基本可以满足柱塞疲劳寿命要求。

提出一种求解冗余约束绳驱并联机器人实时正解的数值算法。建立八绳六自由度绳驱并联机器人运动学模型，并对其机构进行参数化，根据矢量封闭原则计算绳索长度。由反解方程导出非线性正解方程组，取运动平台的初始位姿作为初值，运用Dog Leg算法迭代求出位姿正解。取圆曲线作为运动平台的运动轨迹，实时仿真实验表明该算法可完成精确的位姿正解运算。实验结果显示5种位姿组合平均耗时均小于0.07 ms，满足求解绳驱并联机器人位姿正解的实时性要求。

对一款由乳胶气囊、纤维布等材料组成的高伸缩比气动软体驱动器的刚度特性展开研究。根据软体驱动器的结构特点，采用理论与实验相结合的方法，改进软体驱动器的静态输出力模型，建立软体驱动器的静态刚度模型；并结合气体多变方程，建立软体驱动器的动态刚度模型，动态刚度为静态刚度与气压刚度之和；搭建软体驱动器静态刚度实验平台并对其静态刚度进行实验研究。结果表明：软体驱动器的静态刚度随膨胀高度的增大而减小，具有良好的线性关系和较小的相对误差，当供气压力为70 kPa时，软体驱动器静态刚度可达15 kN/m左右。对气压刚度进行仿真分析，结果表明：气压刚度主要受膨胀高度、供气压力以及激励位移的影响，当软体驱动器膨胀高度为30 mm、供气压力为10 kPa、激励位移为5 mm时，气压刚度仅为静态刚度的1/6左右。

齿轮箱是风力发电机的核心组件，设计一种可对齿轮箱故障进行模拟分析的试验台，对后期风电机组的运行状态检测及齿轮箱故障诊断有着深远的意义。分析风机齿轮箱试验台国内外现状，根据MW级风机实际参数进行缩放并计算出试验台所需参数，采用变频器控制电机调速以及采用机械飞轮结构模拟真实风机转矩输入以及角速度输入，实现风机动态特性的模拟。

智能机器人进行移动操作，其中避障技术是不可缺少的主要技术。提出了以超声波传感器和单片机控制技术，辅以驼机转动﹑电机驱动﹑电源等模块，研发智能机器人移动避障系统。测试表明：控制驼机转动使传感器灵活探测多方位障碍物，其避障性能良好，能保障机器人运行安全﹑稳定，为智能机器人避障提供了有效的手段。

为解决直驱式容积控制系统存在的电机时滞性、系统死区非线性、系统超调以及差动缸转换过程压力波动等问题,搭建了基于AMESim和Simulink联合仿真的直驱式容积控制压力模型。设计了模糊PID控制器,与传统PID控制进行对比,通过仿真研究,验证了模糊PID控制器在解决电机时滞、系统死区影响、系统超调以及压力波动等问题中具有良好的效果。

为改善数控机床动态响应性能,对摆线轮成形磨齿机伺服系统负载电机惯量进行选型设计,包括理论计算和合理性分析。提出惯量匹配可行性优化方案,构建二质量伺服驱动闭环PID控制系统模型,并进行MATLAB仿真。结果表明:随着负载电机惯量比的增大,系统的跟随能力逐渐减弱;验证了成形磨齿机惯量匹配伺服电机选型设计的可行性。