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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

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。

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。

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。

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。

分件供送螺杆装置可完成规则或不规则的成批量包装容器的增距、减距、分流、合流、升降、起伏、转向、翻身等动作。基于SolidWorks软件,利用范成法原理完成复杂瓶形的转向螺杆设计。将操作过程模板化,直接修改对应的模型即可完成新瓶形的螺杆设计。通过对比分析转动加速度曲线,提供了一种合适的转动曲线。同时,对建模误差和输送平稳性进行了分析。

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。

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。

定位技术是机器人技术中导航控制和路径规划的关键问题,传统定位方式采用全球定位系统(GPS),难以完成精准的定位导航功能,不依赖于GPS的定位导航方法是目前机器人领域的研究热点。提出一种基于激光雷达采集的点云信息帧间匹配方法,根据改进式激光点云数据的位姿估计算法,结合非线性优化进行了校正和优化,完成移动机器人对未知环境的精确定位。通过ROS机器人操作系统搭建实验平台,对改进算法进行验证,证明改进后帧间匹配算法的建图和定位效果对应的鲁棒性与定位精度效果更佳,可满足工程要求。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

液压系统作为控制和动力传输设备的核心部件，在现代工业生产机械中被广泛应用，准确诊断其故障具有提高生产效率和保障工作安全性等重要的工程意义。液压系统一旦发生故障往往是多故障同时出现，传统BP神经网络故障诊断算法往往不能满足多故障诊断准确率，提出一种基于遗传算法改进BP神经网络(GA-BP)的液压系统故障诊断方法，针对不同采样频率下多传感器信息融合的液压系统3种典型的故障模式进行对比分析。结果表明：GA-BP故障诊断算法相对于传统的BP神经网络具有更好的诊断性能。

国内三轴数控机床存在精度低和可靠性差的问题,而机床精度和可靠性可通过合理的静态精度设计方法得以保证。机床静态精度设计方法包括加工精度稳健设计方法和静态几何精度设计方法,针对两种精度设计方法的衔接合理性和工程应用实用性低的问题,在深入调研机床静态精度设计研究成果的基础上,从机床空间误差建模、平动轴几何误差元素辨识、关键几何误差元素溯源和加工精度稳健设计以及静态几何精度设计这5个关键问题着手,分别给出具体的解决方法,并形成一套完整的三轴数控机床静态精度设计系统实施方案,为完善机床几何精度设计和静态几何精度设计提供了参考。

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。

针对现有移动机器人路径规划方法运行效率低的问题,提出一种基于改进模糊自适应遗传算法的路径规划方法。基于领域知识对初始路径进行可行性筛选,提高可行路径比例。采用模糊逻辑控制器动态整定遗传算法运行参数,提高路径寻优速度,避免陷入局部最优路径;综合考虑机器人运行安全性要求,引入余弦函数平滑度评价因子,对不同的路径夹角施以不同的惩罚项,以改善路径平滑度。仿真结果验证了改进算法解决路径规划问题的有效性。

以五轴NAS圆锥台试件为研究对象,通过CATIA软件进行五轴后置处理输出。采用VERICUT软件进行G代码仿真校验,通过在结构为AC双转台类型的GS-200五轴数控机床上进行CATIA后处理验证切削,证明机床切削的正确性,验证基于CATIA的华中五轴机床后置处理开发是成功的。

论述轮式起重机起升卷扬开式液压系统控制要点和闭式液压系统常规控制原理，提出一种新型控制技术用于控制轮式起重机起升卷扬闭式液压系统。原理为在起升卷扬闭式液压系统中设置一平衡阀，利用平衡阀特性来解决起升卷扬闭式液压系统启停溜钩、冲击震动等难题；利用平衡阀负载安全特性避免液压系统驱动管路一旦爆裂或发动机一旦出现飞车故障负载失速坠落现象发生；通过平衡阀先导内外联控，解决平衡阀在闭式液压系统中发热问题。实践证明，所设计的QLY系列轮式起重机起升卷扬闭式液压系统控制技术性能稳定可靠。

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。

设计一套直驱转台，在828D数控系统下进行调试，分析转台分度误差产生的原因，并使用828D数控系统的螺距补偿功能对转台进行了分度精度补偿。

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。

Kinematics Modelling and Analysis for 6R Industrial Robot Based on Screw Theory