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机器人铣削力致误差建模及加工姿态优化方法

哈尔滨工程大学学报 2025年

作者：钱琛姚建均张宜坤哈尔滨工程大学机电工程学院

为了对铣削机器人末端姿态进行规划以提高加工质量，本文针对机器人铣削时的力致误差，提出了一种同时优化刀具朝向和冗余自由度的轨迹规划方法。建立了考虑主轴重力和铣削力的力致误差指标，提出了一种主轴重力和重心的辨识方法和基于... 详细信息

为了对铣削机器人末端姿态进行规划以提高加工质量，本文针对机器人铣削时的力致误差，提出了一种同时优化刀具朝向和冗余自由度的轨迹规划方法。建立了考虑主轴重力和铣削力的力致误差指标，提出了一种主轴重力和重心的辨识方法和基于神经网络的铣削力预测方法。以力致误差和平滑度指标为优化目标，建立了铣削机器人多目标姿态优化模型。将非支配排序方法和差分进化算法相结合，提出了多目标姿态优化方法，对刀具朝向和冗余自由度寻优。实验结果表明：所提出的力致误差模型和姿态优化方法能够有效提高机器人在执行加工任务时的刚度和加工质量，降低了实验路径41.3% 的加工误差，可以为工程应用提供有效借鉴。

关键词：机器人铣削力致误差平滑度主轴重力神经网络铣削力预测刀具朝向优化冗余自由度优化

绳索驱动航天员下肢训练机器人柔顺性控制策略

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哈尔滨工程大学学报 2025年

作者：王砚麟安宗文黄华王克义李竞航王燕卓兰州理工大学机电工程学院哈尔滨工程大学机电工程学院

为满足不同航天员的不同训练任务对人机交互柔顺性的个性化需求，本文设计了模块化绳索驱动航天员下肢训练机器人，建立了机器人的系统运动学和动力学模型，并设计了一种具有系统安全评价与监督的模糊滑模变导纳柔顺协调控制策略以实现... 详细信息

为满足不同航天员的不同训练任务对人机交互柔顺性的个性化需求，本文设计了模块化绳索驱动航天员下肢训练机器人，建立了机器人的系统运动学和动力学模型，并设计了一种具有系统安全评价与监督的模糊滑模变导纳柔顺协调控制策略以实现辅助训练对象开展运动训练。利用UG/ADAMS/MATLAB软件建立了机器人系统的联合虚拟仿真实验平台，对控制策略进行了验证，仿真实验结果表明设计的控制策略可以满足不同训练任务的柔顺性和训练强度的个性化需求。将其控制策略应用到绳索驱动航天员下肢训练机器人系统中，可以实现由被动训练模式向具有不同训练强度的主动训练模式自动切换，保证训练过程中的安全性和舒适性。

关键词：机器人绳索驱动航天员训练人机共融柔顺性控制滑模控制导纳控制控制策略

真空辅助挥发-便携式气相色谱-质谱现场快速测定锂电池微漏

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质谱学报 2025年

作者：陆欣鑫张硕徐恺仇俊炜朱惠君陈雨琳李晓旭苏州大学机电工程学院

开发了真空辅助挥发装置，基于吸附/热脱附-气相色谱-质谱联用技术（ATD-GC-MS），建立了一种针对锂电池电解液微量泄漏的现场快速检测方法。在采样体积300 mL、色谱进样分流比50:1、热脱附温度180 ℃的实验条件下，电解液中的3种挥发... 详细信息

开发了真空辅助挥发装置，基于吸附/热脱附-气相色谱-质谱联用技术（ATD-GC-MS），建立了一种针对锂电池电解液微量泄漏的现场快速检测方法。在采样体积300 mL、色谱进样分流比50:1、热脱附温度180 ℃的实验条件下，电解液中的3种挥发性有机物的检出限和定量限分别为 1.57～2.27 μg/m3和4.99～7.23 μg/m3，且分别在7.85～5 270 μg/m3和5 078～89 167 μg/m3浓度范围内呈现良好的线性关系，拟合优度系数(R2)大于0.997，加标回收率在84.21%～103.21%之间。当真空辅助挥发装置的压力设置为－27 kPa时，单次检测时间小于8 min。为进一步验证方法的实用性，设计了电解液微漏模拟装置，利用该装置对18 650和21 700圆柱形锂电池进行了微漏检测实验，结果表明，该检测方法可快速、准确检测锂电池的微量泄漏。本方法操作简单、快速高效、测量精度高，适用于锂电池微量泄漏的现场快速检测。

关键词：真空辅助挥发装置吸附/热脱附气相色谱-质谱锂电池挥发性有机物

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高压泡沫涨裂破岩特性试验研究

岩土工程学报 2025年第1期47卷 125-134页

作者：刘送永崔松顾聪聪中国矿业大学机电工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学智能采矿装备技术全国重点实验室江苏徐州221116 安徽理工大学机电工程学院安徽淮南232001

针对钻爆法和机械法在岩石破碎工程中的弊端,基于泡沫的高黏性和可压缩性,提出了高压泡沫涨裂破岩技术。首先设计高压泡沫涨裂破岩装置,理论分析高压泡沫瞬间释放冲击岩石涨裂孔过程,搭建高压泡沫涨裂力测试装置并开展涨裂力影响试验,... 详细信息

针对钻爆法和机械法在岩石破碎工程中的弊端,基于泡沫的高黏性和可压缩性,提出了高压泡沫涨裂破岩技术。首先设计高压泡沫涨裂破岩装置,理论分析高压泡沫瞬间释放冲击岩石涨裂孔过程,搭建高压泡沫涨裂力测试装置并开展涨裂力影响试验,建立高压泡沫涨裂破岩试验系统,探讨不同空气体积分数时的泡沫涨裂特性,揭示高压泡沫涨裂破岩机理。研究表明:高压泡沫释放时,能够在涨裂孔内产生比泡沫初始压力更高的涨裂力,但涨裂力随泡沫空气体积分数增加而先增大后减小,高压泡沫涨裂破岩经历了裂纹初生、裂纹扩展、涨裂抛掷、涨裂结束4个阶段,破岩重量随泡沫空气体积分数的增加而先增大后减小,当空气体积分数为60%时,由高压泡沫冲击涨裂孔产生的压应力波在岩石上表面反射形成的拉应力造成岩石破坏形式为涨裂坑,空气体积分数为70%~90%时,泡沫涨裂形式为大块岩石分离,这主要是由孔底直角处应力集中效应造成。

关键词：高压泡沫涨裂破岩裂纹扩展涨裂力

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冷滚打花键表层参数模型建立

兵器材料科学与工程 2025年

作者：于翔王晓强黄山学院机电工程学院河南科技大学机电工程学院

为了研究冷滚打花键表层参数分布情况，优化冷滚打花键表层性能，以20钢的冷滚打花键为样本，进行显微硬度与XRD试验，绘制了齿廓不同部位的硬度与残余应力分布曲线，分析了冷滚打花键表层硬度、残余应力、位错密度的关系，并建立了3者... 详细信息

为了研究冷滚打花键表层参数分布情况，优化冷滚打花键表层性能，以20钢的冷滚打花键为样本，进行显微硬度与XRD试验，绘制了齿廓不同部位的硬度与残余应力分布曲线，分析了冷滚打花键表层硬度、残余应力、位错密度的关系，并建立了3者的理论模型。结果表明：花键表层的硬度、残余应力、位错密度从齿根到齿顶呈降低趋势；在相同的加工参数下，硬度随残余应力或位错密度的增加而增长，且增长趋势逐渐降低；所建立的表层参数模型实现了硬度、残余应力与位错密度之间的相互预测，为控制冷滚打花键工艺的表面质量、提高花键的使用性能提供了理论基础。

关键词：冷滚打花键硬度残余应力位错密度理论模型

底部导流板结构对高速列车气动减阻特性影响研究

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北京交通大学学报 2025年

作者：武振锋周洋安乐刘万露兰州交通大学机电工程学院

为降低高速列车运行时的气动阻力，进而实现节能降耗的目的，本文提出了3种不同结构的列车底部导流板设计方案。采用基于SST ■模型的IDDES方法，对安装不同结构导流板的高速列车气动减阻效果进行了对比研究，并分析了导流板对列车底部... 详细信息

为降低高速列车运行时的气动阻力，进而实现节能降耗的目的，本文提出了3种不同结构的列车底部导流板设计方案。采用基于SST ■模型的IDDES方法，对安装不同结构导流板的高速列车气动减阻效果进行了对比研究，并分析了导流板对列车底部转向架区域流场和尾涡的影响。研究结果表明：安装导流板后，虽然列车车体总阻力增大，但转向架自身气动阻力已大幅降低。因导流板的引流作用，列车底部空气流速变缓，转向架突出部件受气流冲击程度减弱。转向架区域的正压面积大幅减小，前后压力差变小是转向架自身气动阻力降低的主要原因。当列车以350 km/h速度运行时，与原型车相比，模型Ⅰ、模型Ⅱ和模型Ⅲ的整车减阻率分别为8.1%，9.8%和12.1%。此外，受导流板的影响，3种列车模型尾部三维涡旋结构均出现明显变化，尾车鼻尖附近的湍动能强度也呈现出依次降低的趋势，说明尾涡对列车的拖拽效果减弱，进而降低了高速列车的气动阻力。论文研究内容可为高速列车局部气动外形优化提供参考依据。

关键词：高速列车底部导流板气动阻力流场结构数值模拟

路基横向不均匀沉降变形对车-轨动力响应的影响规律研究

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振动工程学报 2025年

作者：李国芳李宏洲马理超吴少培李得洋高全福张向钰兰州交通大学机电工程学院

为探究路基横向不均匀沉降下无砟轨道结构变形对车辆?轨道动力响应的影响规律，以CRTSⅠ型无砟轨道为研究对象，基于有限元?多体系统动力学（FE-MBD）建模方法，建立考虑轨道结构层间脱空效应的车辆?轨道?路基耦合模型，研究路基横向不... 详细信息

为探究路基横向不均匀沉降下无砟轨道结构变形对车辆?轨道动力响应的影响规律，以CRTSⅠ型无砟轨道为研究对象，基于有限元?多体系统动力学（FE-MBD）建模方法，建立考虑轨道结构层间脱空效应的车辆?轨道?路基耦合模型，研究路基横向不均匀沉降对车辆动力学特性和轨道服役性能的影响规律。结果表明：路基不均匀差异沉降造成的钢轨高低、横向不平顺幅值较小，难以被及时检测并维护；路基发生横向不均匀沉降时，钢轨高低、横向不平顺及轨道结构?路基局部脱空现象会随横向不均匀系数的增大而增大，从而对车辆动力学特性产生不利影响；轮轨动力学指标对轨道结构层间脱空效应敏感，随脱空区域和脱空量的增大呈增大趋势，尤其在出现大于1.5 mm的“真离缝”时，轮轨动力学性能会显著恶化；路基横向不均匀沉降会诱导轮轨病害，低轨沉降起始、结束区段是轮轨病害高发区域，应予以重视。

关键词：高速铁路无砟轨道不均匀沉降轮轨冲击动力响应

联合优化CGLS正则化在载荷识别与响应重构中的应用

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计算力学学报 2025年

作者：卢志鹏彭珍瑞兰州交通大学机电工程学院

针对结构载荷识别中存在的离散不适定性问题，提出一种用右端项和特定子空间的基向量相结合的联合优化共轭梯度最小二乘(Conjugate Gradient Least Squares， CGLS)正则化方法。该方法在载荷识别过程中无须对传递矩阵求逆，并用正则化... 详细信息

针对结构载荷识别中存在的离散不适定性问题，提出一种用右端项和特定子空间的基向量相结合的联合优化共轭梯度最小二乘(Conjugate Gradient Least Squares， CGLS)正则化方法。该方法在载荷识别过程中无须对传递矩阵求逆，并用正则化进行预处理有效降低了传递矩阵的病态性。首先，基于状态空间模型构建出结构的传递矩阵，建立结构载荷识别与响应重构方程；其次，对载荷识别方程用Tikhonov正则化进行预处理，并采用联合优化CGLS方法改善载荷识别过程中的不适定性，降低传递函数矩阵的病态性，得到方程的正则化解，并进行结构响应重构；最后，对受电弓弓头结构和简支梁模型进行数值分析，并采用简支梁模型试验验证。结果表明，所提方法能够较准确识别结构载荷，并有效重构结构动态响应。

关键词：联合优化CGLS正则化不适定性载荷识别响应重构

绳牵引上肢康复机器人动力学及动态稳定性分析

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北京航空航天大学学报 2025年

作者：崔祯赵志刚苏程孟佳东赵祥堂柴伟兰州交通大学机电工程学院

针对绳牵引上肢康复机器人在人体交互时的动态稳定性问题，设计了一种绳牵引上肢康复机器人，在综合考虑绳索的形变、摩擦和出绳点因素的基础上，建立了绳牵引上肢康复机器人的耦合动力学模型。利用机器人雅克比矩阵的条件数定义了康复... 详细信息

针对绳牵引上肢康复机器人在人体交互时的动态稳定性问题，设计了一种绳牵引上肢康复机器人，在综合考虑绳索的形变、摩擦和出绳点因素的基础上，建立了绳牵引上肢康复机器人的耦合动力学模型。利用机器人雅克比矩阵的条件数定义了康复机器人的运动性能指标；同时对不同康复状态下柔索配置进行分析，结合广义逆矩阵理论计算了绳索张力的最优解，利用绳索张力均衡性定义了系统的动态稳定性指标。最后，在机器人关节域中仿真了机器人的绳索长度，对系统特性进行了分析；以肩部、肘部前屈/后伸康复运动组合为例，对机器人系统进行运动性能和动态稳定性仿真，确定了系统稳定性指标较好区域所对应的关节运动范围，即肩部-前屈-30° ～ -40°、肩部-后伸30° ～ 40°和肘部-前屈30° ～ 60°，为康复机器人的安全性评估和康复轨迹规划提供了理论依据。

关键词：绳牵引机器人康复训练动力学运动性能稳定性分析