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面向任务的机器人动作泛化研究

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2024年第6期57卷 575-587页

作者：肖聚亮袁航刘海涛赵炜李鑫旺天津大学机械工程学院天津300354 中国航空制造技术研究院数字化制造技术航空科技重点实验室北京100024

动作泛化是机器人被期望具备的功能,要求机器人不仅能重复人类示教的灵巧动作,还可以根据任务目标生成新动作,在小批量、多种类的生产要求下具有广阔的应用场景.针对面向任务需求快速学习和灵活泛化的目标,设计开发了机器人动作泛化框架... 详细信息

动作泛化是机器人被期望具备的功能,要求机器人不仅能重复人类示教的灵巧动作,还可以根据任务目标生成新动作,在小批量、多种类的生产要求下具有广阔的应用场景.针对面向任务需求快速学习和灵活泛化的目标,设计开发了机器人动作泛化框架.首先,进行少量示教,使用概率运动基元(probabilistic movement primitives,ProMP)构建动作的轨迹分布,以较少参数概括示教信息.其次,使用期望最大(expected maximum,EM)算法迭代估计模型参数,引入先验信息补充模型以保证稳定性.研究先验信息对泛化效果的影响,确定了合适的先验参数;研究傅里叶基函数对周期轨迹的拟合效果,提出轨迹分割与滤波方法以保证拟合精确平滑.利用模型的概率分布性质,将动作的概率范围收缩到特定位置,并进行整条轨迹的时间尺度缩放与空间位置变换,生成符合泛化要求的轨迹.最后,搭建了一个六自由度机器人喷涂场景进行动作泛化实验.结果表明:该框架能够快速生成多种泛化轨迹.单自由度轨迹学习平均消耗1.924 s,轨迹生成平均需0.004 s;六自由度轨迹学习平均消耗35.608 s,轨迹生成平均需0.011s.

关键词：协作机器人模仿学习概率运动基元动作泛化

钽掺杂对多层Ta-DLC薄膜摩擦及腐蚀行为的影响

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表面技术 2024年第8期53卷 63-73页

作者：李超孙刚马国佳吴俊升张博威张昊泽北京科技大学新材料技术研究院北京100083 中国航发动力股份有限公司西安710021 中国航空制造技术研究院高能束流加工技术重点实验室北京100024 中国航空制造技术研究院先进表面工程技术航空重点实验室北京100024

目的解决316L不锈钢在苛刻海洋环境中易磨损、易腐蚀的问题。方法采用中频磁控溅射技术在316L不锈钢上沉积了Ta/TaN/TaCN/Ta-DLC薄膜。通过扫描电子显微镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱、X射线衍射、纳米压痕、往复摩擦磨损试验和电化学... 详细信息

目的解决316L不锈钢在苛刻海洋环境中易磨损、易腐蚀的问题。方法采用中频磁控溅射技术在316L不锈钢上沉积了Ta/TaN/TaCN/Ta-DLC薄膜。通过扫描电子显微镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱、X射线衍射、纳米压痕、往复摩擦磨损试验和电化学测试等手段,重点研究了DLC膜层中Ta元素掺杂含量对薄膜结构、组成成分、力学性能、摩擦学性能和耐腐蚀性能的影响规律。结果随着Ta元素含量(原子数分数)从2.04%增到4.16%,薄膜中的sp^(3)键含量呈现先升高后降低的趋势,当Ta原子数分数为3.60%时,薄膜中sp3键含量最高,且薄膜的硬度及弹性模量达到最大,分别为7.01 GPa和157.87 GPa。随着Ta元素含量的增加,薄膜的平均摩擦因数逐渐减小,在4.16%(原子数分数)时达到最小0.21。Ta元素含量对薄膜的结合力影响较小,且所有薄膜结合力总体在10 N左右。当Ta原子数分数为3.60%时,薄膜的腐蚀电流密度及钝化电流密度最小,分别为0.006μA/cm^(2)和0.63μA/cm^(2),比其他薄膜的低1~2个数量级,并且薄膜电阻及电荷转移电阻最大,展现出最为优异的耐腐蚀性能。结论Ta元素的掺杂提高了薄膜的耐摩擦性能,且适当的Ta元素掺杂能够提高Ta/TaN/TaCN/Ta-DLC薄膜的耐磨耐蚀性能。

关键词： DLC薄膜磁控溅射腐蚀摩擦磨损元素掺杂

TC17(α+β)/TC17(β)线性摩擦焊接过程中焊合区组织及其织构演变

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机械工程学报 2024年第2期60卷 99-106页

作者：杜随更刘冠翔陈虎胡弘毅李菊西北工业大学航空发动机高性能制造工信部重点实验室西安710072 中国航空制造技术研究院航空焊接与连接技术航空科技重点实验室北京100024

线性摩擦焊接是制造异种或异质合金整体叶盘的关键技术。焊接过程中焊合区的组织形成与变化规律决定了焊接接头的组织和性能,也是线性摩擦焊接连接机理的主要研究内容。通过扫描电镜、电子背散射衍射等观察分析了TC17(α+β)/TC17(β)... 详细信息

线性摩擦焊接是制造异种或异质合金整体叶盘的关键技术。焊接过程中焊合区的组织形成与变化规律决定了焊接接头的组织和性能,也是线性摩擦焊接连接机理的主要研究内容。通过扫描电镜、电子背散射衍射等观察分析了TC17(α+β)/TC17(β)同种异质钛合金线性摩擦焊接过程中不同时刻停振得到的焊接接头组织,研究了焊接过程中热力影响区范围的变化规律、焊合区的动态再结晶及织构变化规律。结果表明,摩擦时间仅为0.5 s时,焊接界面中心区已发生了动态再结晶,生成了亚稳定β晶粒。随摩擦时间加长,乃至停振顶锻之后,细晶区宽度逐渐变窄,晶向分布越来越集中,小角度晶界占比增加,大角度晶界角度占比减小,动态再结晶晶粒面积逐渐加大。焊合区最终形成了与体心立方三种滑移系相对应的三种织构,{112}、{110}和{123}。该织构形成的主要作用机制是摩擦压力,而非摩擦剪力。当接头承受轴向拉力时,该织构晶粒容易产生剪切塑性变形,降低接头强度。

关键词：线性摩擦焊钛合金 EBSD 动态再结晶织构

带筋整体壁板拉弯预应力喷丸成形技术及其应用

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机械工程学报 2024年第14期60卷 97-108页

作者：尚建勤田硕盖鹏涛陈福龙曾元松中国航空制造技术研究院北京100024 塑性成形技术航空科技重点实验室北京100024 数字化塑性成形技术及装备北京市重点实验室北京100024

基于增大筋条长度方向蒙皮外表面拉应力,提出一种弹性拉弯预应力喷丸成形的新方法,用以解决大曲率双凸外形带筋整体壁板所需喷丸变形量超过传统喷丸成形工艺极限问题。首先阐述拉弯预应力原理、分类及特点,阐明拉弯预应力喷丸成形方法;... 详细信息

基于增大筋条长度方向蒙皮外表面拉应力,提出一种弹性拉弯预应力喷丸成形的新方法,用以解决大曲率双凸外形带筋整体壁板所需喷丸变形量超过传统喷丸成形工艺极限问题。首先阐述拉弯预应力原理、分类及特点,阐明拉弯预应力喷丸成形方法;其次研究拉弯预应力新技术和拉弯预应力喷丸成形新工艺,采用反弯曲应力场法有限元方法,进行拉弯预应力喷丸成形数值模拟分析,并与拉伸预应力喷丸成形和弯曲预应力喷丸成形的数值模拟结果对比分析;最后开展拉弯预应力喷丸成形试验研究与验证,建立拉弯预应力喷丸变形与其工艺参数之间的数学模型,为拉弯预应力喷丸成形分析与应用提供了一种重要手段和途径。研究结果表明,拉弯预应力喷丸成形技术可以提高大曲率双凸外形带筋整体壁板筋条长度方向预应力、提高筋条长度方向预应力喷丸变形量、能够实现和满足其长寿命喷丸成形。

关键词：带筋整体壁板预应力弹性拉弯有限元法喷丸成形

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热等静压对激光选区熔化增材制造GH3230高温合金微裂纹与组织的影响

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航空制造技术 2024年第3期67卷 55-61页

作者：王继浩刘凯歌张雪峰谢印开李怀学中国航空制造技术研究院国家级高能束流加工技术重点实验室北京100024 中国航空制造技术研究院高能束流增量制造技术与装备北京市重点实验室北京100024 中国航空制造技术研究院增材制造航空科技重点实验室北京100024

为揭示GH3230高温合金的激光选区熔化增材成形性,研究了热等静压对激光选区熔化增材制造GH3230高温合金微裂纹与组织及拉伸性能的影响。结果表明,激光选区熔化增材制造GH3230高温合金沉积态存在凝固微裂纹,该裂纹在XOY截面呈现龟裂特征,... 详细信息

为揭示GH3230高温合金的激光选区熔化增材成形性,研究了热等静压对激光选区熔化增材制造GH3230高温合金微裂纹与组织及拉伸性能的影响。结果表明,激光选区熔化增材制造GH3230高温合金沉积态存在凝固微裂纹,该裂纹在XOY截面呈现龟裂特征,在ZOY截面呈现线状;热等静压之后,激光选区熔化增材制造GH3230高温合金的一部分微裂纹可以消除,另一部分较长的微裂纹难以消除。激光选区熔化增材制造GH3230高温合金沉积态组织基本为片状固溶体组织,在晶界附近存在少量析出碳化物;热等静压之后,在晶界附近析出大量的MoWCr碳化物,而晶内析出MoWCr碳化物数量多且尺寸较小。凝固微裂纹导致激光选区熔化增材制造GH3230高温合金沉积态XY方向抗拉强度及延伸率降低,而热等静压能减小大尺寸微裂纹,消除小尺寸微裂纹及气孔,可大幅提高XY方向的抗拉强度和延伸率。

关键词：增材制造(AM) 激光选区熔化(SLM) GH3230高温合金微裂纹热等静压(HIP)

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铌合金及其蜂窝钎焊界面组织与力学性能分析

材料导报 2024年第S1期38卷 386-391页

作者：邓云华陶军续润州孙刚中国航空制造技术研究院航空焊接与连接技术航空科技重点实验室北京100024 中国航空制造技术研究院高能束流加工技术重点实验室北京100024

采用Ti基、Ni基和Nb基三种钎料进行了铌合金板板真空钎焊和铌合金蜂窝真空钎焊试验。采用光学显微镜、扫描电镜分析了铌合金板板钎焊界面和蜂窝钎焊界面组织特征,采用能谱仪分析了钎焊界面物相成分,采用EBSD方法分析了钎焊界面物相分布... 详细信息

采用Ti基、Ni基和Nb基三种钎料进行了铌合金板板真空钎焊和铌合金蜂窝真空钎焊试验。采用光学显微镜、扫描电镜分析了铌合金板板钎焊界面和蜂窝钎焊界面组织特征,采用能谱仪分析了钎焊界面物相成分,采用EBSD方法分析了钎焊界面物相分布,并对铌合金板板钎焊复合板和蜂窝钎焊结构的力学性能进行了测试。结果表明:铌合金板板钎焊时,Ti基钎料钎焊界面由固溶体Nb和(Ti,Zr)-(Ni,Cu)化合物组成,Nb基钎料钎焊界面由Co-Nb化合物、Nb的固溶体和Co-Ti化合物组成,而Ni基钎料钎焊时,钎料与铌合金母材扩散反应较弱,钎焊界面主要为凝固钎料,且Ni与Nb的高温线膨胀系数差异较大,钎焊界面存在因热应力带来的微裂纹问题;铌合金蜂窝钎焊时,Ti基钎料在铌合金蜂窝箔材表面润湿铺展性能较差导致钎焊界面钎角欠佳及钎焊界面焊合质量较差;Ni基钎料钎焊时,随着钎焊保温时间的延长,存在钎焊界面溶蚀问题导致钎焊界面焊合质量下降。在保温时间30 min时,Ni基钎料和Nb基钎料钎焊后的铌合金蜂窝界面焊合质量较好;Ni基钎料钎焊蜂窝因界面存在微裂纹,导致钎焊界面强度下降,Nb基钎料钎焊蜂窝力学性能最佳,蜂窝拉脱强度达到7.96 MPa。

关键词：铌合金蜂窝结构真空钎焊界面组织力学性能

GH3230合金TLP扩散连接动力学实验研究

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北京航空航天大学学报 2024年第8期50卷 2595-2600页

作者：吴磊滕俊飞吕彦龙曲文卿庄鸿寿北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191 中国航空制造技术研究院航空焊接与连接技术航空科技重点实验室北京100024

过渡液相(TLP)扩散连接能够获得与母材组织性能相似的焊缝,因而成为航空发动机热端部件镍基高温合金结构的重要连接技术而被广泛应用。TLP扩散连接过程中液相的等温凝固形成不含析出物的固溶体组织是TLP扩散连接机制与过程动力学的核心... 详细信息

过渡液相(TLP)扩散连接能够获得与母材组织性能相似的焊缝,因而成为航空发动机热端部件镍基高温合金结构的重要连接技术而被广泛应用。TLP扩散连接过程中液相的等温凝固形成不含析出物的固溶体组织是TLP扩散连接机制与过程动力学的核心环节,采用自行研制的镍基非晶态中间层针对GH3230合金的TLP扩散连接过程进行了研究试验,重点分析了不同连接时间条件下TLP扩散连接焊缝区域的元素扩散和分布特征,以中间层中Co元素为示踪原子,根据GH3230合金与中间层材料中的Co元素的含量分布状态判定等温凝固阶段前的液相最大宽度及等温凝固完成时间等重要参数,结果表明:液相最大宽度为72μm,GH3230合金在1180℃的焊接温度下TLP扩散连接等温凝固完成时间大于4 h。

关键词：镍基高温合金过渡液相扩散焊等温凝固液相最大宽度微观组织示踪原子

热处理对同质异态TC17钛合金线性摩擦焊接头的影响

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材料导报 2024年第8期38卷 181-185页

作者：常川川李菊李晓红金俊龙张传臣季亚娟中国航空制造技术研究院航空焊接/连接技术航空科技重点实验室北京100024 北京市摩擦焊接工艺与装备工程中心北京100024

对TC17(α+β)和TC17(β)钛合金进行线性摩擦焊及焊后热处理试验,运用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)观察接头各区域的微观组织变化,采用轮廓法测试接头残余应力分布情况,分析了热处理对接头的微观组织、残余应力及力学性能的影响。结... 详细信息

对TC17(α+β)和TC17(β)钛合金进行线性摩擦焊及焊后热处理试验,运用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)观察接头各区域的微观组织变化,采用轮廓法测试接头残余应力分布情况,分析了热处理对接头的微观组织、残余应力及力学性能的影响。结果表明:焊接过程中焊缝区发生了相变及动态再晶界过程,形成亚稳定β相;两侧热力影响区初生α相严重变形,针状α相完全溶解。经过热处理,亚稳定β相分解为稳定的α+β相,板条状α相在晶界析出,针状α相在晶粒内部析出,变形α相发生不同程度的分解。轮廓法测试结果表明,接头沿振动方向的应力呈双峰分布,接头热力影响区处拉应力峰值达到最大约360 MPa,焊缝中心拉应力值约140 MPa,经过热处理,接头沿振动方向拉应力值降低至50 MPa以下。经过热处理后接头微观组织更加均匀,并且接头残余应力得到消除,接头拉伸及疲劳性能得到明显改善。

关键词： TC17钛合金线性摩擦焊残余应力焊后热处理力学性能

基于工业互联网平台架构的iMES设计及应用

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机电工程技术 2024年

作者：许鹏张鹤鹏陈笑颖中国航空制造技术研究院数字化制造技术航空科技重点实验室

由于中国航空工业提出的“数字航空”总要求需要打通从计划层到执行层的全流域环节，制造车间作为基本的执行单元需要被实时精准管控。同时顶层的ERP等计划工具对底层的制造环节先天缺乏有效的管控设计和手段。而制造执行系统（MES）作... 详细信息

由于中国航空工业提出的“数字航空”总要求需要打通从计划层到执行层的全流域环节，制造车间作为基本的执行单元需要被实时精准管控。同时顶层的ERP等计划工具对底层的制造环节先天缺乏有效的管控设计和手段。而制造执行系统（MES）作为连接企业上层计划管理系统和下层生产控制系统的“信息枢纽”，可以有效弥补了制造业计划层与控制层之间的管控 “断层”。为此，基于工业互联网平台架构研究了航空制造典型工艺的管控模式，考虑了工艺约束、保密要求、集成标准等因素，提出通用组件加特征组件的方法，建立热成形、焊接、复材制造、机加等工艺管控模型。进行相关软件的研制应用，结果说明软件工具适应车间的制造流程，验证了相关管控模型的正确性和软件工具的适用性。

关键词： iMES 系统架构工艺解决方案