许书铭^１ ， 任旗^２ ， 车永新^２ ， 

李燕杰^１ ， 赵国勇^１

１. 山东理工大学机械工程学院

２. 山东新华医疗器械股份有限公司

【摘要】目前放射治疗设备常用的C形臂结构在进行非共面治疗时操作复杂、无法实现半球定点照射。针对这一问题，设计一种新的球面放疗机械臂运动系统。分析C形臂结构及运动规划，建立球面放疗设备三维模型；采用D-H法建立正、逆解机械臂运动学模型，基于MATLAB的Robotics Toolbox模块验证该模型的正确性；最后利用五次多项式插值算法对运动/轨迹进行规划研究。结果表明：设计的球面放疗机械臂运动系统稳定，运动空间能覆盖球面放射治疗范围，实现了非转床方式的非共面治疗，提高了工作效率，为后续该放射治疗设备的运动控制及动力学研究奠定了良好的基础。

双Bouc-Wen模型结构的柔性关节复杂迟滞特性建模方法

党选举^１，２ ， 肖康旭^１，２

1 . 桂林电子科技大学电子工程与自动化学院

２. 广西智能综合自动化高校重点实验室

【摘要】针对协作机器人柔性关节的强非线性、非对称性及非光滑复杂迟滞特性高精度建模问题，提出基于双Bouc-Wen模型结构的柔性关节迟滞特性建模方法。在第一个基于非线性递推最小二乘法参数辨识的Bouc-Wen模型基础上，为进一步提高模型精度，增加第二个Bouc-Wen模型用于描述第一个模型的输出误差。将两个模型串联，构建一个混合结构的关节迟滞模型，用于描述柔性关节强非线性、非对称性及非光滑复杂迟滞特性。基于Franka协作机器人平台，采集关节数据，验证所迟滞模型的有效性。实验结果表明：相比经典PI迟滞模型和独立Bouc-Wen迟滞模型，所构建的双Bouc-Wen模型结构的柔性关节复杂迟滞特性模型MAE分别降低了83.2%和74.8%，RMSE分别降低了81.8%和81.1%，具有较高的模型精度和泛化能力。

刘先军， 齐飞， 孙露， 葛奕玮， 孙杰， 李宵灵

常州大学机械与轨道交通学院

【摘要】连续体机器人具有结构细长、运动柔顺和无限自由度等特点，非常适用于一些复杂狭小非结构化的工作环境，但这也给机器人的形状检测和闭环反馈控制带来了挑战，严重影响机器人的控制精度和可靠性。为此，针对可吸附连续体检测机器人形状检测需求，提出一种基于多次贝塞尔曲线和IMU的绳驱动连续体机器人的形状检测方法，实现对其形状的检测和感知。提出一种可吸附柔性连续体机器人结构设计和传感布局方案，并基于常曲率假设构建其运动学模型，分析关节参数与末端位姿间的映射关系。提出一种基于多次贝塞尔曲线的连续体机器人形状重构算法，利用安装在机器人关键节点的IMU获取位姿数据，并通过三次贝塞尔曲线拟合来重建机器人的弯曲形状。仿真分析结果表明：所提形状重构算法在0～90°的曲率下均表现出良好的形状重建能力，最大形状重建误差约为4 mm。最后，搭建了连续体机器人形状检测实验平台，对所提形状检测方法进行实验验证。结果表明：所提机器人形状重构方法具有较高的感知精度，其最大位置偏差约为3.8 mm，且在不同负载下，机器人形状检测精度偏差不高于3 mm，由此验证了所提机器人形状检测方法的有效性和正确性。

岳经纬^１ ， 贺利乐^１ ， 岳枫^１ ， 

窦铭源^１ ， 贺宁^１ ， 李赵兴^２

１. 西安建筑科技大学机电工程学院

２. 榆林学院信息工程学院

【摘要】聚焦于多自由度仿生机器人的结构优化与运动特性分析，提出一种基于六自由度并联机构的多节段机器人设计方案。该机器人通过串联模块化结构实现躯体构建，每个模块由动平台、静平台、6组连杆驱动机构及球铰连接组成，依托舵机驱动实现独立六自由度运动能力。对该机器人进行机械结构设计与运动学分析，建立动、静坐标系下的逆运动学反解模型与正运动学求解模型，通过坐标变换推导连杆长度与位姿之间的关系，并采用牛顿迭代法解决正解中的非线性优化问题。以工作空间体积最大化、连杆角度平滑性及动平台位置紧凑性为优化目标，引入自适应惯性权重与学习因子改进的粒子群优化算法，对连杆长度、旋转角度等关键参数实施多目标优化。最后，基于ADAMS软件构建虚拟样机模型，通过运动学仿真分析平台质心运动特性，并开展水平爬行、转弯等物理实验，验证了机器人在蜿蜒、蠕动等复杂步态下的运动可行性与可靠性。

陈武， 陈嘉杰， 吴梦莹

中广核研究院有限公司

【摘要】针对传统控制系统在复杂长距离隧洞水下非结构化环境中姿态调整频繁和容易出现抖动等问题，提出一种基于模糊共享控制的水下检测机器人控制方法。采用影响机器人安全的环境信息与其自身状态信息作为模糊控制器的输入，共享控制权重为模糊控制器输出，通过模糊规则动态融合用户控制指令和水下机器人自主控制指令，实现对水下检测机器人的姿态调整和避障。低风险情况下，采用机器人自主控制；高风险情况下,由用户远程接管，通过远程遥操作进行设备脱困。最后，为了验证水下检测机器人控制系统的有效性，进行现场隧洞内的在水检测任务。结果表明：水下检测机器人在长距离隧洞（3 km）中运行平稳，实现无故障航行；机器人控制系统对机器人运动控制稳定性高、延迟小，表明基于模糊共享控制的水下检测机器人控制系统具有优越的全局稳定性与鲁棒性。

智能制造与控制技术

基于数字孪生的电极箔化成车间调度系统研究

李蕊^１ ， 张兵^２

１. 新乡职业技术学院智能制造学院

２. 江苏大学机械工程学院

【摘要】针对电液伺服系统中存在的非线性、参数不确定性、未知扰动及状态信息缺失导致的位置跟踪性能下降问题，提出一种基于扩张状态输出反馈的自适应滑模位置控制策略（ESMO-ABSMC）。该控制策略通过融合扩张状态滑模观测器、自适应趋近律及输出反馈补偿机制，有效解决系统状态不可测、伺服阀非线性动态与零偏特性、参数摄动及外部干扰等复合问题，实现液压系统扰动的实时动态补偿，显著提升电液伺服系统的位置跟踪精度。通过仿真与试验对比分析，验证ESMO-ABSM控制器的优越性。结果表明：仿真工况下，ESMO-ABSMC的最大跟踪误差为0.06 mm，较PID控制（1.56 mm）和传统滑模控制（1.21 mm）分别降低96.2%和95.0%；试验工况下，其最大跟踪误差为0.196 mm，较PID控制（1.138 mm）和传统滑模控制（0.871 mm）分别降低82.8%和77.5%。仿真和试验充分证明了ESMO-ABSMC在电液伺服系统位置跟踪控制中的有效性与工程适用性。

王峰， 王国志， 江海， 朱相林， 刘书玮

西南交通大学机械工程学院

【摘要】泄漏是液压阀密封失效的主要形式之一。针对深海采油树高压高水基先导球阀泄漏问题，引入分形理论和多孔介质输送理论，并基于微凸体接触模型和密封截面泄漏通道分布规律，建立球阀微观接触泄漏预测模型。通过数值计算分析密封面表面形貌、密封宽度、力差和压差对泄漏量的影响规律。结果表明：力差对泄漏量的影响不明显；压差、密封面粗糙度和密封宽度对泄漏量的影响较大；减小密封面粗糙度能有效减少泄漏量，但当粗糙度小于0.1 μm时，其对泄漏量降低效果不显著；密封宽度增大泄漏量减小，但当密封宽度大于0.04 mm时，其对泄漏量的降低效果不显著；实际使用时应综合考虑制造成本、密封面粗糙度和密封宽度等因素，密封面粗糙度小于0.3 μm、密封宽度大于0.04 mm，可满足深海采油树先导球阀泄漏量小于0.2 mL/min的密封要求。

先导式高压电磁阀的流动特性数值模拟研究

陈煜， 马国鹭， 李良超， 杨磊， 梁昆鹏

西南科技大学制造科学与工程学院

【摘要】为了研究气体与液体两种类型流体对先导式高压电磁阀内流动特性的影响，以DN20先导式高压电磁阀为研究对象，建立其流场CFD仿真模型，并对不同类型的流体介质在各工况下的阀内流动特性进行分析。仿真结果表明：气体与液体两种类型流体在先导式高压电磁阀内产生的流场存在显著差异，但对同种类型不同物性的流体介质，其在阀内的流速分布基本一致；同种类型不同物性的流体流过电磁阀产生的流量系数和流阻系数基本相同，气体介质的流量系数稳定在0.214~0.227，最大偏差在±5%以内，液体介质的流量系数稳定在6.848~6.969，最大偏差在±1%以内；液体的流阻系数约为35，气体的流阻系数约为10；对同种类型的流体介质，先导式高压电磁阀的流量系数和流阻系数都基本为恒定值，与工况和物质种类无关。

航空高频电磁阀流量输出精度影响因素分析

陆畅^１ ， 万乃鹏^１ ， 杨帅^２ ，

位腾飞^２ ， 赵佳硕^２ ， 姚静^２，３

１. 中国航发长春控制科技有限公司

２. 燕山大学机械工程学院

３. 燕山大学， 河北省重型机械流体动力传输与控制重点实验室

【摘要】为了研究高频电磁阀流量输出精度的影响因素，分析高频电磁阀结构、工作原理及其各物理场之间相互作用关系。基于ANSYS Simplorer建立整阀机-电-磁-液多物理场耦合模型，并对模型精度进行验证。同时，分析流量误差产生的原因。最后，基于搭建的仿真模型分析磁路材料、弹簧参数和磁路结构对流量控制精度的影响。结果表明：该模型仿真与试验值的平均相对误差为5.58%，证明模型具有较高准确度；影响高频电磁阀流量控制精度的根本原因在于阀启闭响应时间不对称，此高频电磁阀开启响应时间大于关闭响应时间，因此提升流量控制精度的关键在于缩短开启响应时间；各因素对流量精度影响程度由高至低依次为非工作气隙长度、上置弹簧预紧力、下置弹簧预紧力、磁路材料、隔磁导套下端位置、上置弹簧刚度和下置弹簧刚度；在不改变阀结构的前提下，缩小非工作气隙长度是提升流量控制精度最为简单且有效的方式。

基于轻量化YOLOv8的换向器槽内异物检测

李慧敏， 宋旭宁

东华大学机械工程学院

【摘要】在电机自动化生产流水线中，换向器经过车削等工艺后，铜屑等异物掉入其绝缘槽内，从而影响电机性能。换向器槽内异物特征不明显，且异物微小难以发现。针对这一问题，提出一种基于改进的轻量化YOLOv8换向器槽内异物检测算法。设计合理照明系统采集绝缘槽内特征明显的图像，引入轻量化网络ShuffleNetV2替代YOLOv8网络中的主干结构，并对原网络中的C2f模块进行通道剪枝，减少模型的复杂程度。在模型的骨干网络中引入ELA注意力机制，增强小目标特征的提取能力，弥补轻量化带来的精度损失，提高模型检测性能。最后，将原网络中的CIoU损失函数替换为EIoU，使得正负样本分配更加合理，提高回归预测的准确性，进一步提升网络的检测精度。实验结果表明：相比于原始YOLOv8模型，改进的轻量化YOLOv8算法检测精度提高了1.1%，参数量、浮点计算量分别降低了0.35 MB、1.6 GB。该方法能够在树莓派等嵌入式设备下实现高精度检测，符合自动化实时检测的速度和精度需求。

基于MMFFCNN-GCN的门式启闭机轴承半监督故障诊断

包唐伟^１ ， 张世杰^２ ， 武世虎^１ ， 夏诗雨^３

１. 三峡金沙江川云水电开发有限公司永善溪洛渡电厂

２. 电子科技大学航空航天学院

３. 郑州市科德自动化系统工程有限公司

【摘要】在实际水电站门式启闭机中，收集到的轴承标记数据往往很少，传统数据驱动故障诊断方法在有限标记数据集上无法获得令人满意的结果。针对这一问题，提出一种基于多域多尺度特征融合卷积网络(MMFFCNN)和图卷积（GCN）的半监督故障诊断方法。通过变分模态分解对振动信号进行分解，选择主要成分进行重构。对重构信号采用快速傅里叶变换提取频域特征，同时利用连续小波变换提取时频域特征，采用多尺度卷积网络进行特征提取与融合。采用K最近邻基于特征向量构建图结构，继而构建图卷积模型实现半监督故障诊断。最后，利用凯斯西储大学轴承数据集进行验证。结果表明：所提方法在20%标记数据下准确率达到99.59%；相比单一时频特征（方法四），加入时域和频域特征（文中方法）使准确率提升0.93%；多尺度卷积网络（方法三）比单尺度CNN（方法二）准确率提高1.78%；引入GCN半监督机制，文中方法比方法五的准确率提升2.44%；表明该方法能够提高有限标记数据集下模型故障诊断的准确率。

刘英杰^{１，２，３} ， 刘鹏鹏^１ ， 张荣荣^１ ， 董詠依^１

１. 华北水利水电大学水利学院

２. 水资源高效利用与保障工程河南省协同创新中心

３. 河南省水环境模拟与治理重点实验室

【摘要】液压启闭机广泛应用于各大水利水电工程中，是负责开启和关闭闸门的专用设备，其故障具有低概率、高隐蔽性等特点。为解决液压启闭机在日常工作中实际收集故障参数不足且难度较大的问题，借助仿真软件AMESim搭建液压启闭机简易工作机制模型。以液压泵泄漏、电磁换向阀失效、液压缸泄漏、液压油混入空气、先导溢流阀堵塞和过滤阀堵塞6种故障工况为研究对象，通过调整模型参数来收集故障数据。搭建麻雀搜索算法（SSA）优化CNN-BiLSTM网络，并将其与几种诊断模型进行对比。结果表明：所构建的SSA-CNN-BiLSTM比其他方法拥有更高的准确度和效率，准确率达到95.23%；在训练次数为300时，数据已接近收敛，函数的损失率维持在0.2%左右；对于随机选取的测试集样本，拟合值与真实值高度相符。

李致远^１ ， 高洪辉^２ ， 杜贤震^１ ，

李玉胜^１ ， 王好臣^３ ， 李家鹏^１

１. 山东理工大学机械工程学院

２. 齐河县职业中等专业学校 （齐河县技工学校）

３. 山东工智科技有限公司

【摘要】针对手术钳整形自动化程度低、劳动强度大及生产效率低等问题，通过分析其整形工艺过程，基于模块化设计方法在SolidWorks中设计手术钳整形工作站，通过3DMAX进行轻量化处理。结合数字孪生技术，在Visual Components中，对模型进行连接属性、行为逻辑及运动规则等多层次开发，构建工作站数字孪生系统。基于OPC UA设计工作站数字孪生通信架构，实现工作站物理实体与虚拟模型之间的数据交互和实时通信。通过搭建虚拟仿真平台,对手术钳整形工作站数字孪生系统进行运行测试，验证所设计工作站孪生系统的可行性。结果表明：设计的手术钳整形工作站数字孪生系统实现了虚拟调试、碰撞检测和数据分析等功能，并使手术钳整形效率提高了30.8%。

杨明翰， 陈飞

中南林业科技大学机械与智能制造学院

【摘要】为提高竹笼编制的生产效率，提升织笼过程自动化程度和降低人力劳动强度，设计一种自动竹笼编织机及其电气控制系统。结合手工竹编流程，确定织笼机构总体方案。确定控制系统总体方案，选用台达DVP-ES3型PLC作为控制器，通过DIA Designer编写织笼机的电气控制系统程序， 运用DIA Screen完成HMI人机交互系统设计，并通过COMMGR实现PLC与上位机和HMI人机交互系统的数据通信。最后，优化和调整织笼机生产节拍，提高了生产效率，并进行了生产测试。结果表明：该控制系统控制的自动织笼机在人工插条后，实现了装条、取送环、预打环、紧打环以及退笼全流程的自动化；通过并行工序进行节拍优化后，使竹笼首环编制时间缩短了22%；实现了在15 min内自动编制直径200~400 mm、长度2 000~3 000 mm规格竹笼的技术目标，达到提高生产效率、提升织笼过程自动化程度、提升安全性的目的。