材料和机械制造

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  • 1  旋印电解加工
    朱荻,王登勇,朱增伟
    2022, 54(5):743-750. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.05.002
    [摘要](542) [HTML](648) [PDF 6.95 M](4523)
    摘要:
    航空发动机机匣是航空发动机重要的连接、承载部件,它结构复杂、刚性弱、材料难加工,目前存在加工变形严重、壁厚精度差等制造难题,已成为制约新型航空发动机研制和生产的瓶颈。针对薄壁机匣的制造需求,本文提出了旋印电解加工技术,该技术采用回转体电极作为阴极工具,通过工件与工具的同步对转对阳极工件逐层精确溶解去除,实现薄壁机匣的无变形精密加工成形。研究揭示了旋印电解加工阳极成形规律、难加工材料脉动态溶解机理、电解液流场分布特性等基础科学问题,突破了阴极工具设计、钛合金点蚀抑制、流场优化设计等关键技术,研制出具有自主知识产权的大型旋印电解机床,实现了大型薄壁机匣的高效精密加工,为新型航空发动机的研制和生产提供了重要的技术支撑。
    2  预制体织造过程的数字单元法模拟研究
    檀晨晨,单忠德,孙正,王尧尧
    2022, 54(5):889-898. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.05.013
    [摘要](507) [HTML](253) [PDF 2.57 M](2900)
    摘要:
    预制体作为复合材料的增强相,决定着复合材料的性能。而预制体的性能往往取决于纱线的空间结构,为了反映织物内部纤维束的宏观三维空间结构和微观截面几何构型,通过将纱线离散化,用数值模拟和仿真方法模拟织造过程。本文综述了复合材料预制体织造过程的数字单元法模拟研究进展。在微观几何结构方面,详述了数字单元法研究由理论到应用的发展历程,对先进的数字单元建模方法进行了介绍,指出当前模型对于数字单元法模拟纺织过程较为理想化,未考虑纤维的抗弯刚度、空气阻尼效应以及横向压缩引起的能量损失等工艺参数,指出今后的研究中可进一步优化数字单元法,实现参数化建模,深入研究纤维束变形机理以获得纤维更为真实的微观几何结构模型。
    3  金属增材制造监测与控制技术研究进展
    郭立杰,许伟春,齐超琪,任斐,封小松,赵凯,郝云波
    2022, 54(3):365-377. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.03.002
    [摘要](937) [HTML](1015) [PDF 7.52 M](3255)
    摘要:
    金属增材制造技术凭借其柔性化定制能力和复杂构件成形优势,有望成为提升航天领域设计与制造能力的一项关键核心技术,但现阶段该方法仍然存在制造过程稳定性不足、制造质量实时检测困难、工艺参数实时调节技术成熟度有待提升等问题。本文从增材过程信息感知、增材工艺优化决策、质量优化控制发展趋势三方面详细阐述了金属增材制造监测技术的研究进展,论证了高性能结构件增材成形过程中工艺变量-过程参量-成形质量调控的发展必要性,并就增材过程监测技术的发展趋势做出了思考与展望。
    4  装备系统剩余使用寿命预测技术研究进展
    郭忠义,李永华,李关辉,彭志勇,张宁,于振中
    2022, 54(3):341-364. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.03.001
    [摘要](915) [HTML](1133) [PDF 3.05 M](2840)
    摘要:
    社会的稳定发展离不开制造业的高水平发展,生产是制造业的关键步骤,长期持续稳定的产出依赖于装备系统的稳定运行。系统故障引起的停产势必会造成一定的经济损失。如何尽早地发现装备系统的故障来避免停工停产带来的经济损失,已经成为了当前应用研究中的热点。采用定期人工检查的传统方法不仅提高了生产成本,还使得问题发现较为滞后,达不到实时监控的目的。而且,随着信息技术的高速发展,装备系统的监测也变得更加智能化。利用装备系统的历史数据检测其状态能够更敏捷、更高效地发现装备运行中的“亚健康”问题,能给装备管理者提供有益的决策支持。基于装备剩余使用寿命的数据预测,能够提供高效智能的解决方案,在工业领域有着宽广的应用前景。因此,本文聚焦于装备系统剩余使用寿命预测技术的研究进展,对近年来剩余使用寿命预测的研究进行归纳总结,并讨论各剩余使用寿命预测理论与方法的优缺点。最后,总结并展望装备系统剩余使用寿命预测技术的未来研究方向和发展趋势。
    5  陶瓷吸波超材料结构光固化增材制造工艺研究
    叶昀,谢德巧,焦晨,陆彬,王雪孟,田宗军
    2022, 54(1):95-102. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.01.011
    [摘要](744) [HTML](1194) [PDF 2.71 M](2485)
    摘要:
    陶瓷超材料吸波器具有耐高温、高强度、可完美吸波的特点,其结构复杂且具有周期性,是一种新兴的吸波器件。但传统成形方式在复杂结构制造上存在一定的局限性。本文提出一种基于光固化增材制造氧化铝陶瓷表面镀铁氧体的方法实现周期性复杂结构的陶瓷超材料吸波器。使用氧化铝粉末和光敏树脂,配制出可供 3D 打印的氧化铝陶瓷浆料,利用3D打印机成形氧化铝陶瓷坯体。根据 TG-DSC 热分析法,确定了陶瓷坯体的脱脂工艺参数,烧结出氧化铝陶瓷样件。再利用浸渍法在氧化铝样件表面镀铁氧体膜,并烧结使其致密化。使用SEM观察样件表面形貌,通过X 射线衍射分析物相组成,利用划痕法测试镀层的结合力。结果表明,本文提出的方法可以实现周期性复杂结构的陶瓷吸波器快速制造,为新型超材料吸波器的设计与制造提供了新的思路。
    6  空间滚珠直线导轨阻力测试设备研制与试验研究
    李德伦,杨旭,张英,张运,王兆阳,邵英奇
    2022, 54(1):34-40. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.01.004
    [摘要](717) [HTML](1097) [PDF 1.43 M](3041)
    摘要:
    随着深空探测、在轨服务等空间技术的发展,直线传动机构在空间技术中的应用变得越来越广泛。滚珠直线导轨作为常用的直线传动机构,通常与滚珠丝杠等其他直线传动机构联合使用,用于承受直线传动过程中附加的力和力矩,从而达到简化滚珠丝杠受力情况、提高滚珠丝杠的运行平稳性和寿命的目的。直线导轨的阻力是反映其运行状态、进行在轨故障判断的重要参数。本文设计了一套直线导轨阻力测试设备,进行了直线导轨运行阻力测试,根据运行阻力与方向无关的原则,设计了合理的数据补偿方式,排除了测试过程中重力因素的影响,找到了阻力和力矩载荷的关系,对于研究滚珠直线导轨在力矩载荷下的阻力性能具有一定的指导意义。
    7  内齿轮传动啮合齿面稳态温度场分析
    张跃明,张皓,纪姝婷,周天宇
    2022, 54(1):157-162. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.01.018
    [摘要](668) [HTML](535) [PDF 1.13 M](2198)
    摘要:
    以2K-V行星传动机构中齿轮为研究对象,以齿轮啮合原理、传热学等为理论依据,分析了齿轮在不同啮合位置的相对滑动速度和齿面的接触应力的变化规律。精确计算了稳态温度场边界条件,包括齿轮一个啮合周期内的平均摩擦热流量和不同齿面的对流换热系数。建立单齿三维模型并导入ANSYS Workbench进行温度场的有限元分析。通过将啮合齿面划分成多个沿齿宽方向的条形区域来实现不同啮合位置摩擦热流量的加载,得到齿轮稳态温度场分布,并分析了条形区域的数量对温度场的影响。结果表明,当条形区域数量多于50时,温度场基本趋于稳定。
    8  塑性区对增材制造316L多轴缺口疲劳影响研究
    王英玉,董星亮,龚帅,姚卫星
    2022, 54(1):140-149. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.01.016
    [摘要](615) [HTML](362) [PDF 2.59 M](3178)
    摘要:
    采用疲劳试验和有限元分析相结合的方法,研究了选区激光熔化增材制造316L不锈钢缺口件在多轴载荷下缺口根部塑性区及其对缺口件疲劳寿命的影响。对增材制造316L不锈钢缺口件进行了单轴、比例和90°非比例路径下的疲劳试验,研究了缺口几何尺寸、载荷水平和载荷路径等对缺口根部塑性区的影响,在此基础上提出了缺口根部塑性区的表征方法,利用缺口根部最大von Mises应力和提出的塑性区影响因子f构造疲劳损伤参量,结合光滑件的单轴S-N曲线预测缺口件的多轴疲劳寿命。试验结果证明本文所提出方法的预测疲劳寿命大多在3倍误差分散带以内。
    9  低温微磨料气射流加工PDMS传热仿真及实验研究
    钱炳坤,孙玉利,张桂冠,刘旭,高航,左敦稳
    2022, 54(1):163-171. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.01.019
    [摘要](646) [HTML](394) [PDF 2.45 M](2373)
    摘要:
    由于在常温下聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)是一种高弹性材料而非硬脆材料,此时利用微磨料气射流对其进行加工,加工效率很低,甚至为零,而且还会有大量的磨料颗粒嵌入PDMS表面中。当PDMS冷却不完全,即处于高弹态和玻璃态之间的过渡状态时,利用低温微磨料气射流加工PDMS仍然会发生很严重的磨料嵌入现象,致使加工效果较差。针对这一问题,本文利用ANSYS Fluent软件对PDMS进行传热仿真分析来获得PDMS内部温度的变化情况,从而能够计算得到在PDMS深度方向上的冷却速率,同时利用与传热仿真分析过程中完全相同的工艺参数在PDMS表面上加工微孔,计算出在PDMS深度方向上的最大平均冲蚀加工速率,最终发现冷却速率远大于冲蚀加工速率。根据传热仿真的分析结果,通过开展单因素实验探究进给速度v、加工距离D、冲蚀角度α以及加工压强p对PDMS加工性能的影响规律,为后续进行更深入的研究提供重要参考依据。
    10  具有远近视距引导的机械臂多工位精确对准技术
    石世锋,叶南,吴哲,张丽艳
    2022, 54(3):419-427. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.03.008
    [摘要](512) [HTML](362) [PDF 3.95 M](4865)
    摘要:
    为提升机械臂系统对环境的感知能力,针对机械臂多工位精确对准问题,提出了一种具有远近视距引导的机械臂多工位对准技术。首先构造具有远近视距的两目视觉配置,并与机械臂构成Eye-in-hand视觉反馈系统。然后标定两目视觉的内外参数和手眼关系变换矩阵。通过离线先验局部对准方式,建立各工位的任务表。提出了三阶段对准策略,即多工位作业起始位姿获取、全局相机的初定位和局域相机的精对准,使得机械臂能在多个工位下实现末端工具与目标的精确对准。通过多位置孔轴对准实验验证了本文方法的可行性。单个孔位重复对准标准差角度不超过0.015°,位置不超过0.078 mm,三阶段对准实验结果表明,角度误差小于0.05°,位置误差小于0.17 mm。
    11  一种低耦合高精度六维力传感器设计及应用
    宋逸,段晋军,相立峰,李晨,姚举禄,戴振东
    2022, 54(3):473-480. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.03.014
    [摘要](809) [HTML](820) [PDF 3.70 M](6965)
    摘要:
    多维力传感技术是工业智能化发展重要支撑技术之一。本文研制了一种中等量程的轮辐构型的电阻应变式六维力传感器,其量程为:切向力±300 N、法向力±600 N、力矩±25 N·m。传感器外圈和中心台通过4组特设的应变梁连接。每组应变梁包括一对处于两侧的“L”形梁及一根居中的扁平梁,能够从结构上降低维间耦合。进一步通过贴片及组桥方案设计从理论上消除了各方向间的耦合。静态标定结果表明,该传感器的维间耦合小于1%、测量精度不低于1‰、过载系数超过300%、非线性度低于0.3%。瞬态冲击法动态测试表明,该传感器具有较好的动态性能。本文将该六维力传感器用于机械臂抛光打磨过程的力学测量和反馈控制,取得了优异的效果,证实了传感器的可用性和优越性。该传感器将促进中国六维力测试技术发展、助力现代工业智能化进程。
    12  低温铣削T800 CFRP多向层合板的刀具磨损研究
    陈啸宇,赵威,赵国龙,李亮,李浩
    2022, 54(3):397-403. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.03.005
    [摘要](474) [HTML](273) [PDF 2.08 M](4917)
    摘要:
    碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon fiber reinforced plastics, CFRP)因其高强度比以及优秀的耐腐蚀等优异性能在航空航天、汽车等领域得到广泛应用。然而,由于CFRP材料的非均质性和各向异性,其加工过程相较传统均质材料更为复杂,导致刀具磨损严重。针对这一问题,本文选用PCD立铣刀对T800 CFRP多向层合板材料进行低温铣削试验,研究了切削速度、每齿进给量以及切削介质温度等对PCD刀具后刀面磨损的影响规律。结果表明,随着切削速度和每齿进给量的增大,刀具后刀面磨损带宽VB呈下降趋势,切削介质温度为-50 ℃时能够得到较小的刀具后刀面磨损带宽。此外,通过MATLAB对试验结果进行了非线性拟合,获得了切削速度、每齿进给量以及切削介质温度与刀具后刀面磨损带宽的映射关系经验模型,为T800 CFRP材料铣削刀具磨损抑制和延长刀具寿命提供了关键支撑数据。
    13  特征自适应的飞机大型蒙皮曲面测量系统与测量规划
    李艺达,隋少春,曾坤,杨建平,谢乾,汪俊
    2022, 54(3):428-438. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.03.009
    [摘要](480) [HTML](370) [PDF 3.50 M](4820)
    摘要:
    针对飞机蒙皮零件外形准确度要求高、制造尺寸大和外形复杂的特点,以及人工手动扫描测量工作量大、效率低的问题,搭建了基于移动机械臂的柔性测量系统,并提出一种特征自适应的多站位自动化扫描规划方法,以实现飞机大型蒙皮曲面的三维测量数据自动化采集。首先构建了柔性测量系统与待测对象坐标系变换模型,分析扫描规划与执行过程中数据的传递关系,并通过视觉定位实现系统相对位姿估计。然后通过特征敏感的扫描路径点生成、效率优化的扫描站位规划以及扫描轨迹规划,实现了基于扫描效率和扫描完整性约束的特征自适应扫描规划。最后,搭建了一个基于机械臂与移动平台的柔性测量系统,并以4个真实飞机零部件作为测量对象,从扫描效率与扫描完整性方面对所提出的自动化扫描方法与手动扫描方法进行对比,并设计试验进一步验证了系统测量精度,结果验证了所提方法替代手动扫描测量方法的可行性。
    14  基于Modelica的斜盘式轴向柱塞泵建模仿真研究
    杨天策,蔡景,黄艳,马浩祎
    2022, 54(3):508-516. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.03.018
    [摘要](547) [HTML](403) [PDF 2.33 M](2472)
    摘要:
    斜盘式轴向柱塞泵是典型机电液混合的复杂系统,故障隐蔽性强,缺乏基于实际机械结构的多领域仿真建模。本文开展了基于Modelica的斜盘式柱塞泵建模仿真研究。首先研究了实际某型柱塞泵机械结构参数,进行部件划分和组装建模,搭建了以斜盘式柱塞泵为核心的局部液压系统。然后针对柱塞泵常见的泄漏、压损、堵塞和气穴等故障模式,分别基于模型进行故障注入和定量仿真分析。明确了不同故障发生对液压系统造成的影响,充分验证了该模型对于柱塞泵常见故障问题仿真分析的可用性。该模型提高了斜盘式轴向柱塞泵多领域统一建模的精确性,为故障诊断和健康监测提供了参考。
    15  多源集成式大飞机蒙皮在机测量方法
    向兵飞,杨文军,郝小忠,张延晶,马玮,刘彤,方瑞,温建林
    2022, 54(3):450-456. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.03.011
    [摘要](504) [HTML](327) [PDF 2.06 M](4790)
    摘要:
    大飞机蒙皮装夹后呈现较大变形,按照理论程序直接加工将导致零件报废,在机测量获取蒙皮曲面实际形状是零件加工合格的重要保证,而传统的接触式检测方法效率低,影响零件制造周期。本文中提出了一种蒙皮多源集成式在机测量方法(Multi-source integrated on-line measurement,MSIM)。该方法首先通过大型蒙皮在机激光扫描硬件集成,实现大型蒙皮在机快速扫描,然后以高精度的接触式测量数据为基准,建立了多源测量数据间的残差逼近模型,进而通过加权集成生成高精度蒙皮实际型面。实验证明,该方法生成的大型蒙皮实际曲面比相关方法具有明显优势,满足了大飞机蒙皮高精高效在机测量需求。
    16  基于深度相机的飞机中央翼油箱高精度三维重建方法
    李红卫,魏泽勇,曹轩铭,汪俊
    2022, 54(3):457-465. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.03.012
    [摘要](455) [HTML](398) [PDF 1.28 M](4535)
    摘要:
    提出一种基于深度相机的飞机中央翼油箱高精度三维重建方法。该方法用多视点云实现配准,配准过程包括粗配准和精配准两个阶段。首先在2个点云上建立点对特征(Point pair features,PPFs)作为全局模型描述。然后,对一组粗配准位姿进行投票,得分最高的位姿作为初始位姿。在此初始位姿的基础上,构造颜色和几何的联合目标函数,利用迭代最近点(Iterative closest point,ICP)对点云进行对齐。将上述过程应用于相邻帧点云,并通过图优化重建结果,实现完整的飞机中央翼油箱三维模型重建。与其他方法相比,本文方法实现了高精度的三维重建。此外,当遇到重复的特征和结构时,传统的ICP可能缺乏稳定性,但本文方法仍然适用。
    17  基于元学习和PINN的变工况刀具磨损精确预测方法
    万鹏,李迎光,华家玘,刘长青
    2022, 54(3):387-396. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.03.004
    [摘要](757) [HTML](520) [PDF 2.66 M](5003)
    摘要:
    刀具磨损预测对保证零件加工质量和效率、降低加工成本具有重要作用,尤其是在广泛采用难加工材料的航空航天制造领域。数据与机理融合模型能够结合机理模型和数据驱动模型的优势,是实现刀具磨损预测的有效手段。然而现有的融合方法难以有效平衡数据和机理对模型的权重,导致难以真正实现融合模型的预期效果。本文提出了一种基于元学习(Meta learning,ML)和PINN(Physics-informed neural network)的刀具磨损预测方法,通过磨损机理约束数据驱动模型的解空间,并结合元学习算法优化融合模型的损失函数以合理利用数据和机理提供的信息。实例验证结果表明,本文所提出的方法能有效提高变工况下的刀具磨损预测精度和稳定性。
    18  扩压器套料电解加工绝缘套结构刚度优化研究
    李正寅,朱栋,张晓博
    2022, 54(3):378-386. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.03.003
    [摘要](595) [HTML](304) [PDF 3.66 M](4852)
    摘要:
    扩压器是航空发动机压气机的关键部件,对发动机性能、效率及运行工况有重要影响。为解决扩压器套料电解加工过程中绝缘套结构刚性差易变形进而影响加工稳定性的问题,提出了绝缘套刚性优化方法,在绝缘套自由端处设计了加强筋结构,开展了不同加强筋形状、尺寸下的流固耦合仿真对比研究。当加强筋两端为圆形、宽度b=2 mm、距底端距离h=6 mm时,与未设置加强筋结构相比,最大变形量减少了88.3%。研制了带加强筋的扩压器套料电解加工绝缘套及阴极结构,开展电解加工试验研究,实现了阴极进给速度为1.4 mm/min稳定加工,加工稳定性和效率显著改善,验证了绝缘套刚性优化方法的有效性。
    19  一种可重构3-RRR平面并联机构及其工作空间分析
    徐帅,尤晶晶,叶鹏达,李成刚,沈惠平
    2022, 54(3):466-472. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.03.013
    [摘要](752) [HTML](372) [PDF 2.12 M](4916)
    摘要:
    在传统三自由度平面并联机构的基础上,提出了一种新型可重构三自由度平面并联机构。首先,基于方位特征方程的并联机构拓扑结构设计理论与方法,设计了一种可重构支链,实现3-转动副移动副转动副(3-revolute-joint,prismatic-joint,revolute-joint,3-RPR)型与3-转动副转动副转动副(3-revolute-joint,revolute-joint,revolute-joint,3-RRR)型平面并联机构之间的切换。然后,以3-RRR构型为例,分析了机构重要的拓扑指标:方位特征、自由度及耦合度,并基于机构的结构特性及几何约束条件,采用封闭矢量法,推导出运动学逆解模型。最后,分别基于支链的几何约束法及逆解模型,分析了机构的位置工作空间,并研究了杆长行程变化对工作空间的影响。本文不仅为机构工作空间的分析提供了一种新的思路,而且为机构的设计提供了一种新的选择。
    20  自动钻铆装备的激光测量系统法向误差研究
    沈烨,田威,李波,廖文和,殷飞
    2022, 54(3):411-418. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.03.007
    [摘要](476) [HTML](441) [PDF 1.97 M](4763)
    摘要:
    飞机装配中铆接部位的孔垂直度直接影响铆钉的连接质量和疲劳寿命,进而影响飞机的力学性能。为了保证飞机铆接垂直度要求,必须分析自动钻铆系统法向误差的影响因素。首先,确定了倾角误差、数学模型的线性误差与法向误差的关系。其次,给出了激光位移传感器安装参数的选取规律,并研究了其对位姿标定的影响。最后,实验验证了安装参数优化后的实际效果。研究结果可为法向测量装置的设计与分析提供理论指导,对于提升自动钻铆系统的法向精度,进而保证孔垂直度要求具有重要意义。
    21  硬质合金与结构钢钎焊结构低温力学性能试验
    高泽,刘博,郑立彦,王国欣,莫桂冬,孙启臣
    2022, 54(3):404-410. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.03.006
    [摘要](710) [HTML](524) [PDF 1.47 M](6386)
    摘要:
    针对航天器产品恶劣工况对材料及连接方式高抗拉、抗剪强度力学性能的需求,设计试验验证了深低温至高温环境下真空钎焊与火焰钎焊试样拉伸与剪切性能:真空钎焊在-233 ℃条件下抗拉强度可达536 MPa、剪切强度可达260 MPa、-150 ℃时剪切强度300 MPa、常温剪切强度212 MPa,低温下剪切强度值更高且皆优于火焰钎焊对应温度下试样的结果。同时研究了真空钎焊工艺对合金钢40CrNiMoA材料性能的影响,真空钎焊工艺加工过程使材料本身抗拉强度下降约38%,表面硬度值下降约25%。并测量了真空钎焊试样200 ℃高温条件下抗拉强度为804 MPa,剪切强度为239 MPa。通过试验研究了不同焊接工艺对结构焊接后力学性能的影响,该试验结果对后续航天器结构设计工作具有一定的指导作用。
    22  面向生产过程的智能车间数字孪生建模及应用
    孙玉成,宋家烨,王健,郑堃,王青云,陈威,王建,唐敦兵
    2022, 54(3):481-488. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.03.015
    [摘要](659) [HTML](519) [PDF 3.74 M](5426)
    摘要:
    数字孪生技术具有虚实融合的特性,智能车间数字孪生可以使生产过程透明化,利用实时数据可以有效指导车间生产。为实现基于数字孪生的生产过程可视化管控,提出了面向生产过程的智能车间数字孪生建模及应用。首先,建立了智能车间数字孪生系统体系架构。然后对系统实现的3项关键技术——基于点云拟合的三维几何模型构建方法、面向数据交互的对象链接与嵌入的过程控制统一架构(Object linking and embedding for process control unified architecture,OPC UA)信息建模方法、以及多源异构数据集成及虚实映射数据快速匹配方法进行了详细阐述;最后,对某发动机制造车间进行了数字孪生的实现,验证了所提方法的正确性和有效性。
    23  空间机械臂智能规划与控制技术
    陈钢,高贤渊,赵治恺,黄泽远,符颖卓,费军廷
    2022, 54(1):1-16. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.01.001
    [摘要](911) [HTML](2998) [PDF 2.76 M](3716)
    摘要:
    随着空间探索的不断深入,人类从认识空间环境逐渐转向开发和利用空间资源,空间机械臂因其运动范围广、操作能力强等特点被广泛应用于空间探索活动。复杂的太空环境以及繁重的空间操控任务对空间机械臂的自主性与智能性提出了越来越高的要求。本文在概述空间机械臂的发展现状及其关键技术的基础上,对空间机械臂智能规划与控制技术展开综述,重点阐述国内外学者在空间机械臂任务规划、运动规划以及运动控制等方面中取得的研究成果,进而展望了后续空间机械臂规划与控制的发展方向。
    24  基于协作机械臂的航电开关柔性检测算法
    苗浩原,朱笑笑,周章勇,孙涛,曹其新
    2022, 54(1):17-26. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.01.002
    [摘要](753) [HTML](1017) [PDF 5.59 M](2509)
    摘要:
    在基于协作机械臂的航电联调联试系统中,为了解决机械臂在检测航电开关时存在环境复杂、需要适应不同种类开关与定位误差等问题,提出了两种基于关节力传感器的航电开关柔性检测算法,用来检测航电联试环境中主要的3大类开关。基于外力阈值检测的接触定位与操作算法,通过广义动量观测器估计末端外力,并在控制机械臂运动时设置操作力阈值,实现按钮和拨杆开关的二次定位和安全操作。基于阻抗控制的开关柔性操作算法在夹持开关时使用低阻抗模式,使末端顺应操作内力,实现旋转开关的柔性夹持操作。通过在模拟舱内和实际联试环境下进行的开关检测实验,证明了该算法具备较好的开关种类与误差适应性,能够提高开关检测的成功率和安全性。
    25  空间机械臂运动控制的地面仿真验证技术
    刘茜,刘传凯,朱安,谢珊珊,吴杰,孙军,张楠,曾晓旭,张宽,张济韬,李立春
    2022, 54(1):58-67. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.01.007
    [摘要](839) [HTML](1996) [PDF 1.03 M](2920)
    摘要:
    空间机械臂是在轨进行舱外巡检、航天员辅助出舱的关键活动机构,其在轨操作的运动过程需要在地面进行预先规划生成运动控制指令,再通过数字仿真与推演对运动控制指令进行验证,以确保机械臂操作全程的安全性和高效性。针对上述问题,本文主要从运动空间限制、运动速度限制和关节力矩限制等方面设计了地面仿真验证框架,提出了基于运动学与动力学建模、运动空间与碰撞关系分析的仿真验证策略,给出了关节运动、关节力矩和碰撞安全距离的计算方法以及超限检测与风险判断的准则,最后通过对关节超限检测、速度超限检测、力矩超限检测、碰撞检测与风险预估的仿真实验,证明了空间机械臂运动控制的地面仿真验证方法的有效性。
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