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1. 集成强化学习算法的柔性作业车间调度问题研究

张凯, 毕利, 焦小刚

中国机械工程 2023, 34 (02): 201-207. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.02.010

摘要（536）

PDF （4473KB）（407）

将柔性作业车间调度问题转化为马尔可夫决策过程，提出了集成5种深度Q网络（DQN）优化的算法D5QN。构建马尔可夫过程中，提取一组特征来表述状态，通过调度规则的组合设计出三组动作，通过直接和间接两种方式共同描述奖励。与基于规则、元启发式和其他强化学习算法的比较证明，所提方法可进一步缩短求解时间，并具有可行性和有效性。

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2. 水陆两栖六足机器人的设计与性能评估

王宇, 周爽, 李亚鑫

中国机械工程 2022, 33 (17): 2079-2086. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.17.009

摘要（517）

PDF （7080KB）（225）

为提高机器人两栖环境下的运动性能，同时降低其运动机构在水陆间切换的机械复杂性与控制难度，提出了一款复合运动肢的水陆两栖六足机器人。对机器人进行陆地和水下的运动规划，解决了机器人适应不同坡度斜坡地形的稳定性问题；通过配置矢量推进器的位姿，实现了机器人多自由度的水下运动。ADAMS下机器人爬行运动的仿真结果在验证机械设计合理的前提下也表明机器人在不同坡度的斜坡爬行具有较好的稳定性。为进一步评估机器人的运动性能，搭建了机器人样机，在测试机器人斜坡爬行性能的同时，验证了机器人在水下可实现包括直行、旋转、上浮和下潜的多自由度运动。实验结果表明，机器人在陆地与水下均具有良好的运动性能。

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3. 基于仿真数据驱动和领域自适应的滚动轴承故障诊断方法

董绍江, 朱朋, 朱孙科, 刘兰徽, 邢镔, 胡小林

中国机械工程 2023, 34 (06): 694-702. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.06.008

摘要（503）

PDF （6394KB）（309）

针对实际工业环境中较难获取大量的高质量滚动轴承故障数据，智能诊断模型泛化性能差的问题，提出了一种基于仿真数据驱动和领域自适应的故障诊断方法。首先，建立仿真数据驱动故障诊断所需的物理模型，并根据轴承的型号及相应工况模拟不同故障形式，获得丰富的仿真数据；其次，采用迁移学习的方法解决仿真与实际故障数据存在数据特征分布不一致的问题，通过残差通道注意力机制网络提取不同领域的迁移故障特征，采用考虑了源域与目标域数据特征的条件分布差异的条件最大均值差异度量准则进行网络训练过程中不同领域的自适应操作；最后，在人为损坏和加速寿命实验损坏的轴承数据集上进行了不同迁移模型的实验验证，结果表明所提方法能在目标域小样本监督情况下获得较高的识别精度。

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4. 基于数字孪生的电主轴热特性研究

徐荣飞, 范开国

中国机械工程 2022, 33 (16): 1965-1971. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.16.010

摘要（459）

PDF （5079KB）（286）

为提高热特性有限元分析精度，提出了基于数字孪生的电主轴热特性分析方法。搭建基于IoT数据采集系统的电主轴热特性数字孪生物理空间，设计开发基于Java、ANSYS、MATLAB联合编程的热特性数字孪生系统，提出了基于关键测温点温度的热边界条件修正模型，实现了物理空间与虚拟空间的数据映射及热特性数字孪生。实验结果表明，热特性数字孪生体的温度精度达98%，热变形精度达95%，有效提高了热特性有限元分析精度。

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5. 多维动态贝叶斯网络及其重要度分析方法

陈东宁, 胡彦龙, 姚成玉, 王宽通, 马雷,

中国机械工程 2022, 33 (19): 2340-2346. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.19.008

摘要（455）

PDF （4440KB）（167）

贝叶斯网络分析方法是可靠性分析的重要方法，但传统贝叶斯网络分析方法局限于分析单因素影响，当系统可靠性受多因素影响时会产生较大分析偏差。为此，提出多维动态贝叶斯网络分析方法，借助单位阶跃函数与冲激函数进行贝叶斯网络时间连续化构造，建立根节点受多因素影响时系统的失效概率分布函数。在此基础上，对传统重要度分析方法进行多维扩展，提出多维动态贝叶斯网络重要度分析方法。通过对斗轮机张紧机构液压系统进行工程实例分析，并与离散时间贝叶斯网络分析方法分析结果对比，验证了多维动态贝叶斯网络及其重要度分析方法的可行性和优越性，为系统改进与薄弱环节识别提供了更为准确的量化依据。

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6. 采用改进CNN-BiLSTM模型的刀具磨损状态监测

刘会永, 张松, 李剑峰, 栾晓娜,

中国机械工程 2022, 33 (16): 1940-1947，1956. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.16.007

摘要（433）

PDF （4744KB）（212）

自动化切削加工过程中，准确可靠地监测刀具磨损状态是保证加工质量和加工效率的关键。针对刀具磨损状态相关特征提取繁琐、准确率低及传统的深度学习网络不能全面提取数据隐含信息等问题，提出了一种以卷积神经网络（CNN）和双向长短时记忆（BiLSTM）网络集成模型为基础并通过在卷积神经网络中添加批量标准化层和采用两个双向长短时记忆网络层的改进模型，该模型通过自动提取小波阈值降噪等预处理和降采样后的切削力、振动和声音信号的空间和时序特征来实现刀具磨损状态监测。将改进模型与CNN-BiLSTM模型及传统的深度学习模型进行对比，发现改进模型在精度和稳定性方面有较大提升。所提方法为准确监测自动化加工过程中刀具磨损状态、提高生产效率和加工质量提供了技术支持。

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7. 一种无监督的轴承健康指标及早期故障检测方法

赵志宏, 李乐豪, 杨绍普, 李晴

中国机械工程 2022, 33 (10): 1234-1243. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.10.013

摘要（420）

PDF （7873KB）（101）

提出了一种无监督的轴承健康指标及早期故障检测方法。设计了一种可以有效提取轴承状态特征的深度可分离卷积自编码器模型，以编码器的输出作为轴承状态特征表示，使用Bray-Curtis距离计算退化状态特征和健康状态特征之间的距离作为轴承状态的健康指标（BC-HI）。基于健康指标BC-HI提出了一种结合Savitzky-Golay滤波的早期故障检测方法，根据健康指标的趋势获取异常阈值，判断早期故障的发生。为验证所提方法的有效性及泛化能力，在轴承加速寿命试验数据集上进行试验，试验结果表明提出的健康指标可以反映轴承的退化趋势，并且对早期故障较为敏感，具有较强的泛化能力，与孤立森林、支持向量机等方法相比，首次故障检测时间更加提前，误报警率更低，具有一定的应用价值。

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8. 掘进机截割臂自适应截割控制策略研究

王东杰, 王鹏江, 李悦, 郭明泽, 郑伟雄, 沈阳, 吴淼

中国机械工程 2022, 33 (20): 2492-2501. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.20.013

摘要（420）

PDF （5692KB）（219）

针对井下掘进机截割智能化程度低、截割臂摆速不能根据煤岩硬度进行自适应调节的问题，提出了一种基于多传感器信息的掘进机截割臂自适应截割控制策略。以截割电机电流、截割臂驱动油缸压力、截割臂振动加速度作为煤岩截割载荷识别依据，采用径向基函数神经网络设计了截割载荷信号识别器，为截割臂摆速调控提供准确依据；针对复杂且具有时变性的截割臂摆速调控系统，设计了基于遗传算法优化的模糊PID智能控制器，实现对截割臂摆速的高效调控。建立了掘进机截割臂数学模型，在MATLAB/Simulink中搭建了截割臂自适应截割仿真控制系统，仿真结果表明，控制系统具有较快响应速度及较高控制精度。基于贝加莱Automation Studio软件搭建掘进机机载自适应截割控制系统，在石家庄煤矿机械有限公司模拟巷道中采用EBZ135型掘进机进行了模拟截割实验，实验结果表明，所提出的控制策略能够根据截割载荷变化实现对截割臂摆速的高效自适应调控。

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9. 基于改进卷积生成对抗网络的少样本轴承智能诊断方法

郭伟, 邢晓松

中国机械工程 2022, 33 (19): 2347-2355. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.19.009

摘要（414）

PDF （4512KB）（258）

轴承样本较少会使模型学习不充分，导致诊断准确性不高。为解决这一问题，构建了一种改进的卷积生成对抗网络，借助生成对抗网络的数据生成能力和改进深层卷积网络的特征提取能力，提高复杂工况下少样本轴承故障诊断准确性。首先，构建了一种深度卷积对抗生成网络，通过生成器和判别器的对抗学习挖掘真实数据的深层特征，用以生成相似的模拟数据，以弥补少样本的不足；其次，将密集块与扩容卷积引入卷积神经网络中，从深度和广度两个方面提升网络的学习能力，挖掘多类别数据中细微差距，增强复杂数据的故障特征提取性能；最后，采用定工况和变转速两种少样本轴承数据进行方法验证与对比分析，结果表明新构建的对抗网络在少样本、含噪声等复杂情形下仍然具有较高的诊断准确率。

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10. 大型部件的多机器人合作搬运协同导引控制

武星, 余文康, 楼佩煌, 楼航飞, 翟晶晶, 胡子寒

中国机械工程 2022, 33 (13): 1586-1595. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.13.009

摘要（410）

PDF （7239KB）（154）

针对大质量、大尺寸、低刚度的异形大部件，采用多机器人的合作搬运方式具有显著的作业灵活性和工况适应性。研究了单目-双驱动、双目-双驱动、双目-多运动副全向等合作搬运导引控制构型，建立了多输入-多输出的运动控制模型；采用领航者-跟随者策略设计了协同路径跟踪控制方法，该方法包括偏差转化预测控制+参数模糊调节的同构架构，以及模型预测控制+反演控制+参数强化学习的异构架构。最后，为进行导引控制实验开发了多机器人合作搬运原型系统，实验结果验证了所提构型、模型、架构与方法的可行性和有效性。

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11. 云边端协同的机床刀具故障智能诊断系统研究

李东阳, 袁东风, 张海霞, 郑安竹, 狄子钧, 梁道君,

中国机械工程 2023, 34 (05): 584-594. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.05.009

摘要（410）

PDF （14696KB）（136）

为提高机床刀具磨损故障诊断精度，借助三轴加速度传感器采集机床刀具磨损振动数据，并以此为基础，提出一种基于长短时记忆网络与多尺度卷积神经网络集成的机床刀具故障诊断算法，挖掘机床刀具在不同故障模式下的空时域多尺度特征，实现机床刀具磨损状态的精准识别。同时，为满足实际产线对故障诊断的高实时性要求，设计一种适用于机床刀具故障诊断的云边端协同架构，通过底层产线、边缘节点与工业云平台的高效协同，实现机床刀具故障的及时预警。研究结果表明，所提云边端协同的机床刀具故障智能诊断系统可实现机床刀具磨损状态的精准识别，同时可缩短故障诊断任务的完成时间。

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12. 自适应辅助分类器生成式对抗网络样本生成模型及轴承故障诊断

杨光友, 刘浪, 习晨博

中国机械工程 2022, 33 (13): 1613-1621. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.13.012

摘要（409）

PDF （5911KB）（228）

故障样本获取困难导致的训练样本不均衡严重影响故障诊断模型的可用性及准确率，因此提出一种基于自适应辅助分类器生成式对抗网络的故障样本生成模型，通过度量判别器与生成器的相对性能自适应地调节生成器损失值，使训练收敛更快、生成数据质量更好。将所提方法、辅助分类器生成式对抗网络方法生成的数据，以及未经处理的试验原始数据作为BP分类模型的输入数据进行试验，结果表明所提方法生成数据训练的模型更优。所提方法与1D-CNN、e2e-LSTM、CFVS-SVM和FFT-CNN等方法的对比结果表明，所提方法的故障诊断准确率、信息处理时间均最优。

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13. 基于刚度定向的工业机器人铣削姿态优化研究

杨靖, 张小俭, 吴毅, 叶松涛, 严思杰, 陆家麟

中国机械工程 2022, 33 (16): 1957-1964. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.16.009

摘要（403）

PDF （5681KB）（272）

针对工业机器人结构非对称引起的主刚度方向难以确定、因刚度低导致的铣削过程中容易发生模态耦合颤振的问题，提出了一种机器人加工系统主刚度定向方法，并利用机器人功能冗余特性优化姿态，以提高铣削过程的稳定性。计算工业机器人末端笛卡儿坐标系中的刚度椭球，确定切削平面内机器人的主刚度方向；通过建立加工系统的动力学模型，得到机器人铣削模态耦合颤振的稳定性判据；基于刚度定向方法，提出一种机器人铣削姿态优化算法。实验结果表明，在不改变其他参数的情况下，通过优化工业机器人姿态，可以保证机器人沿给定轨迹加工的稳定性。

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14. 基于小样本数据驱动的滚齿工艺参数低碳优化决策方法

易茜, 柳淳 , 李聪波, 易树平, 何爽

中国机械工程 2022, 33 (13): 1604-1612. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.13.011

摘要（399）

PDF （3378KB）（237）

针对实际生产历史数据不足的情况，提出一种基于小样本数据驱动的碳排放预测和多目标优化模型。通过Box-Behnken实验设计收集加工数据后，采用反向传播神经网络建立面向碳排放和加工效率的预测模型，在保证预测精度的同时有效减少模型对数据量的需求。以总碳耗和总时长为优化目标，采用改进的多目标灰狼算法和熵权-逼近理想解排序综合评价法进行了最优工艺参数决策。加工实验验证了提出方法的有效性。

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15. 基于任务参数加权的动态运动基元泛化方法

张磊, 方灶军, 王聚幸, 何晨, 顾丹宁,

中国机械工程 2022, 33 (10): 1226-1233,1243. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.10.012

摘要（397）

PDF （5037KB）（197）

为了提高机器人示教学习的计算效率以及泛化性能，提出了一种基于任务参数加权的动态运动基元泛化的机器人示教学习模型，主要步骤如下：运用动态运动基元模型提取多次示教运动轨迹的特征参数；在新的任务参数下，运用提取的特征参数重构特征运动轨迹；以示教任务参数与新任务参数的近似程度对特征运动轨迹进行加权叠加，生成新的运动轨迹。在Kukaiiwa机器人上的实验表明，在新的任务场景下，所提方法能够快速有效地泛化出新的运动轨迹，与已有方法相比，在计算效率及示教任务参数附近的泛化性能上有了较大的提升。

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16. 改进的共振稀疏分解方法及其在滚动轴承复合故障诊断中的应用

张守京, 慎明俊, 杨静雯, 吴芮

中国机械工程 2022, 33 (14): 1697-1706. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.14.008

摘要（396）

PDF （12835KB）（146）

滚动轴承复合故障信号中各故障特征受到传输路径和其他干扰源的影响，在多缺陷共存条件下提取单个缺陷诱发的故障特征存在困难。提出一种基于双参数优化、子带重构改进的共振稀疏分解(RSSD)滚动轴承复合故障诊断方法：首先利用人工鱼群算法自适应选择RSSD的品质因子和分解层数以构造与故障特征匹配的最优小波基，获得包含瞬态冲击的低共振分量；然后依据提出的子带筛选准则选择并重构低共振分量中包含瞬态冲击成分的最佳子带；最后通过多点最优最小熵反卷积（MOMEDA）方法识别并提取重构信号中周期性故障冲击。仿真信号和轴承全寿命周期复合故障信号分析结果表明，与RSSD-MCKD方法相比，所提出方法能有效提取复合故障信号中各故障特征，精确实现轴承复合故障诊断。

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17. 无缝钢管斜轧穿孔顶头表面缺陷非接触在线检测方法

于浩, 黄华贵, 郑加丽, 赵铁琳, 周新亮

中国机械工程 2022, 33 (14): 1717-1724. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.14.010

摘要（394）

PDF （11451KB）（244）

针对无缝钢管斜轧穿孔顶头表面缺陷在线检测的现实需求，提出了一种基于激光扫描、空间点云数据处理及深度学习的非接触测量方法。根据无缝钢管产线特点确定了检测位置、系统构成和顶头轮廓数据采集方案，并引入迭代最近点（ICP）配准方法，实现了测量点云与标准CAD模型的配准。针对头部缺陷设计了相应的分类数集和渐变形态，使用点云深度学习方法实现了缺陷精确分类和量化预警。针对表面磨损缺陷，设置磨损深度上限阈值以实现磨损程度的精确监测。为验证系统可靠性，搭建了顶头检测物理模拟平台，并利用3D打印技术定制了含有不同缺陷特征的顶头实物模型。测试结果表明，表面轮廓检测误差在0.06 mm以内，头部缺陷分类精度可达97.7%、准确度可达98.1%，满足在线检测要求。

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18. 基于协整分析的风力机多工况监测与故障诊断

汪千程, 苏春, 文泽军

中国机械工程 2022, 33 (13): 1596-1603. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.13.010

摘要（388）

PDF （2499KB）（217）

为降低装备故障率、减小停机损失，提出一种基于协整分析的装备多工况监测与故障诊断方法。基于监控与数据采集系统采集的数据，利用随机森林特征选择算法提取与装备故障相关的关键特征变量；通过对关键特征序列的协整分析，计算协整系数，建立协整残差模型，获得反映装备状态变化的最优残差序列；采用概率图分析最优残差序列，完成了多工况状态的区间划分，确定了每种工况对应的残差预警阈值，实现了状态监测与故障预警。某型号直驱式风力机的研究结果表明：所提出的方法能有效分析非平稳时间序列，利用残差阈值可以监测电机故障、识别风力机工况，提高故障诊断的准确性。

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19. 残差卷积自编码网络无监督迁移轴承故障诊断

温江涛, 张鹏程, 孙洁娣, 雷鸣

中国机械工程 2022, 33 (14): 1707-1716. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.14.009

摘要（383）

PDF （10034KB）（123）

深度学习类轴承故障智能诊断研究中，一般会假设训练数据与测试数据同分布且典型故障样本充足，而实际工况复杂多变，难以获得大量标签数据。将残差学习引入卷积自编码，并结合迁移学习，提出了基于残差卷积自编码无监督域自适应迁移的故障诊断方法。堆叠一维卷积自编码进行特征提取，通过残差学习避免过拟合，提高学习效率；融合多层多核概率分布适配来约束网络学习域不变特征；实现了基于无监督域自适应迁移学习的故障诊断，并获得了较高准确率的识别结果。采用凯斯西储大学轴承数据集进行验证，结果证明了所提出方法的有效性，此外还对主要参数及其影响进行了探讨并给出了对比结果。

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20. 基于最大重加权峭度盲解卷积的风电故障诊断

吴磊, 王家序, 张新, 刘治汶

中国机械工程 2022, 33 (19): 2356-2363. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.19.010

摘要（379）

PDF （6124KB）（176）

受噪声以及复杂传递路径等影响，风电机组齿轮故障特征信号通常比较微弱。为有效诊断齿轮故障，提出一种新的盲解卷积方法——最大重加权峭度盲解卷积方法。重加权峭度对故障信号中单个或少量强冲击干扰具有很好的鲁棒性，且无需待恢复故障冲击序列先验知识。最大重加权峭度盲解卷积方法能有效地解决经典的基于峭度最大化方法倾向于恢复单个主导冲击而非齿轮故障冲击序列的问题，同时相较于常见非全“盲”（依赖故障特征频率先验）方法在工业装备齿轮故障诊断方面具有更强的适用性。仿真信号分析结果表明所提方法在恢复故障冲击序列方面效果显著，在风电机组故障诊断中的应用案例证实了所提方法对齿轮故障诊断的有效性。

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21. 融合脑电-肌电信号的人机协作装配意图识别方法

董元发, 蒋磊, 彭巍, 周彬, 方子帆

中国机械工程 2022, 33 (17): 2071-2078. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.17.008

摘要（377）

PDF （7217KB）（113）

针对人机协作装配场景下基于单源生理电信号识别协作意图准确率不高、稳定性不好的问题，首先采用支持向量机方法分别从脑电信号和肌电信号识别单源协作装配意图，然后采用D-S证据理论对多源协作装配意图识别结果进行融合，提出了一种融合EEG-EMG信号的人机协作装配意图识别方法。实验结果表明，所提方法可以有效提高人机协作装配意图识别的准确率和稳定性。

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22. 基于Monte-Carlo模拟的小样本下齿轮疲劳极限计算方法及软件开发

李扬, 刘怀举, 魏沛堂, 毛天雨, 陈地发

中国机械工程 2023, 34 (02): 185-192. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.02.008

摘要（362）

PDF （3553KB）（135）

齿轮疲劳极限评估Dixon-Mood（D-M）法的试验样本需求量较大，标准差估计值存在较大偏差，因此基于Monte-Carlo模拟提出小样本的齿轮疲劳极限分析方法（CQUboot），并结合大量弯曲疲劳极限试验对D-M法和CQUboot法进行了对比分析。与GB/T 14230—2021《齿轮弯曲疲劳强度试验方法》推荐的20～22个样本计算结果相比，样本量降至12时，D-M法的最大误差为15.76%～24.99%，CQUboot法为8.02%～12.98%；以12.66%为疲劳极限预估允许的最大误差时，D-M法至少需要10～18个样本点，CQUboot法只需8个样本点。

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23. 具有压力和位置检测功能的气囊型触觉传感器

王顶, 吴德宇, 杨达亮, 陈立挺, 叶锦华, 吴海彬

中国机械工程 2022, 33 (14): 1691-1696,1706. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.14.007

摘要（362）

PDF （7333KB）（128）

为了提高机器人与外界环境的安全交互性能，基于导电面电势分布理论和封闭气体压缩定律提出一种适用于机器人曲表面的触觉传感器模型，实现了接触位置与接触压力的检测。传感器采用三层结构，包括导电层、压缩气体隔离层和信号提取层。为了适应任意曲面形状，降低导电层电势非线性分布影响，采用机器学习算法对电势分布模型进行重建。采用COMSOL软件对传感器导电层进行物理建模与仿真，并制备了传感器样品。仿真和实验结果表明，提出的触觉传感器模型可以定制于机器人曲表面上，并能实现接触位置和接触压力的实时检测，可用于人机信息交互。

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24. 一种残差注意力迁移学习方法及其在滚动轴承故障诊断中的应用

赵靖, 杨绍普, 李强, 刘永强,

中国机械工程 2023, 34 (03): 332-343. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.03.010

摘要（360）

PDF （18681KB）（135）

提出了一种基于残差注意力卷积神经网络(CSRA-CNN)的迁移学习算法，用于提高滚动轴承的故障诊断精度。在卷积神经网络模型中加入残差注意力机制，使模型在训练过程中更加注重故障特征的提取，从而有效提高迁移准确率。为了测评基于残差注意力卷积神经网络的性能，将其与传统卷积神经网络在不同迁移学习策略下的结果进行对比。用动力传动故障诊断综合实验台和高速列车综合实验台对所提算法进行了验证，该方法可以完成变转速以及变转速变载荷下轴承不同健康状态的迁移学习，且迁移效果均优于传统的卷积神经网络。

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25. 多通道多分量分解方法在变转速工况齿轮故障特征提取中的应用

张亢, 田泽宇, 陈向民, 廖力达, 吴家腾

中国机械工程 2022, 33 (20): 2483-2491. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.20.012

摘要（360）

PDF （5949KB）（102）

齿轮故障振动信号在非稳态工况下，其分量可能存在跨时间尺度或不同分量重叠的复杂时频特征，传统的以局部时间尺度特征为依据的分解方法无法分解，为此，引入一种新的多通道多分量分解(MMD)方法。MMD方法创新性地将单分量信号看成具有不同权重系数的特征向量线性组合，通过迭代优化出权重系数，便可获得相应的分量信号。解决了MMD分析高采样率的实际振动信号时大数据量会导致其分解效率降低的问题，并将MMD方法应用于变转速工况下齿轮故障振动信号的分析，结果表明，该方法可以有效分解出在时频域发生重叠的故障分量信号，较传统的以时间尺度特征为依据的分解方法具有明显优势，结合阶次分析可以清晰准确地提取出齿轮故障特征信息。

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26. 基于shapelets时间序列的多源迁移学习滚动轴承故障诊断方法

李可, 燕晗, 顾杰斐, 宿磊, 苏文胜, 薛志钢

中国机械工程 2022, 33 (24): 2990-2996,3006. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.24.010

摘要（358）

PDF （4738KB）（205）

针对滚动轴承故障诊断在工程实际中故障数据稀缺的问题，提出一种基于shapelets时间序列的多源迁移学习滚动轴承故障诊断方法。首先利用典型故障信息丰富、标记样本充足的滚动轴承数据构建多源域数据集，使用不同源域的数据对源域特征提取器与分类器进行预训练；然后利用基于动态时间规整的shapelets学习算法提取源域与目标域的shapelets作为判别结构，通过度量判别结构优化源域数据，对源域网络进行微调以得到诊断模型；最后根据每个源域与目标域的shapelets之间的差异，利用自适应域权重对各分类器的结果进行聚合得出诊断结果。实验结果表明，该方法在小样本与强噪声的情况下具有较高的故障诊断准确率。

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27. 改进的正弦辅助多元经验模式分解及其在滚动轴承故障诊断中的应用

吴利锋, 吕勇, 袁锐, 朱熹, 游俊,

中国机械工程 2022, 33 (11): 1336-1344. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.11.010

摘要（355）

PDF （5533KB）（148）

正弦辅助多元经验模式分解算法（SA-MEMD）通过在额外的通道中加入正弦辅助信号来减少模式混合，但该算法对噪声敏感，辅助信号的主频率比需要根据经验确定，为此，提出了一种改进的正弦辅助多元经验模式分解算法。首先使用非局部均值降噪对原始信号进行预处理，减少噪声对算法的干扰，其次使用短时傅里叶变换确定信号频谱范围，然后以最小集成EMD能量熵准则选择最优主频率比，最后根据正弦辅助多元经验模式分解算法的步骤进行信号处理。模拟信号和实际信号的对比分析结果证明，改进的方法可以减少传统的多元经验模式分解方法存在的模式混合现象。

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28. 基于增强最小熵解卷积的航空发动机故障诊断

赵艺珂, 王家序, 张新, 吴磊, 刘治汶

中国机械工程 2023, 34 (02): 193-200. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.02.009

摘要（352）

PDF （7067KB）（126）

为有效提取轴承的微弱故障特征，提出一种基于无偏自相关分析的增强最小熵解卷积方法。该方法的滤波器系数的迭代求解中，通过抑制滤波信号中的非周期成分，实现对周期性故障冲击的增强检测，完成轴承故障的准确辨识。仿真信号分析结果表明，所提方法在复杂干扰下仍能准确提取轴承故障冲击序列。航空发动机故障诊断案例分析证实了该方法对复杂机械结构中轴承故障诊断的有效性。

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29. 临近空间飞艇蒙皮三维形变多芯光纤重构技术

李默涵, 孟阔, 孙广开, 周康鹏, 何彦霖, 祝连庆

中国机械工程 2023, 34 (03): 324-331. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.03.009

摘要（352）

PDF （9782KB）（110）

为解决临近空间飞艇气囊形态实时监测问题，提出了基于温度自解耦多芯光纤传感器的气囊蒙皮三维形变重构方法。根据飞艇气囊三维形态特征，设计了多芯光纤传感器布局和布设方式。将多芯光纤传感结构与Frenet-Serret方程相结合，建立了具备温度自解耦功能的蒙皮三维形变重构算法。以飞艇气囊柔性复合蒙皮为试验对象，设计并集成建立了蒙皮三维形变多芯光纤重构试验系统。试验分析了温度变化环境下多芯光纤传感器三维形变重构精度以及不同弯曲度下蒙皮三维形变型面重构精度，验证了所提方法的有效性。研究结果表明：利用多芯光纤传感器和温度自解耦方法能够在大变温环境下准确重构气囊蒙皮形变，蒙皮三维型面重构误差平均值小于1.5%，所提方法在临近空间飞艇气囊形态实时监测领域具有应用前景。

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30. 面向复合地图的移动机器人分层路径规划

武星, 杨俊杰, 汤凯, 翟晶晶, 楼佩煌

中国机械工程 2023, 34 (05): 563-575. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.05.007

摘要（351）

PDF （13954KB）（142）

针对传统路径规划方法在部分未知复杂大场景环境下搜索空间大、效率低、避障成功率不高等问题，提出一种基于拓扑栅格度量复合地图的移动机器人分层路径规划方法。首先将机器人作业环境描述为栅格地图并划分为多个栅格化的子区域，以子区域为关键节点进行位置关系抽象从而获得拓扑架构，并对局部栅格区域进行精细化描述，构建拓扑栅格度量的复合地图。其次，在不同地图层级上分区域搜索机器人路径，在拓扑地图上采用Floyd算法规划子区域之间的区间路径，面向栅格地图提出搜索子区域内部路径的改进A*算法，通过引入扩展点筛选策略、双向搜索机制、路径冗余点剔除技术提高路径规划的效率与质量，并拼接各段区间路径和内部路径生成全局优化初始路径。最后，针对部分未知场景中的动态障碍物，在度量地图上提出基于深度强化学习架构的动态避障路径规划方法，利用价值分类经验回放机制提高样本的利用率和模型训练的效率。实验结果表明，所提方法有较高的搜索效率和避障成功率，生成的路径兼具安全性和平滑性。

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31. 基于障碍Lyapunov函数的双臂空间机器人捕获卫星柔顺控制

朱安, 艾海平, 陈力

中国机械工程 2022, 33 (24): 2997-3006. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.24.011

摘要（349）

PDF （4017KB）（157）

空间机器人捕获卫星操作过程中不可避免地会与卫星接触、碰撞，此过程中若未对其关节进行有效的保护，很容易造成捕获操作失败，因此提出在各关节电机与机械臂之间添加一种弹簧阻尼机构，该机构不仅能够实现碰撞冲击能量的吸收及柔性振动的抑制，还能配合设计的柔顺策略实现捕获操作的柔顺化。分别利用含耗散力Lagrange方程与Newton-Euler方程导出了碰撞前的双臂空间机器人与卫星分体系统动力学方程；结合Newton第三定律、捕获点的速度及闭链几何约束获得了捕获完成后的混合体系统动力学方程，且通过动量守恒关系计算了碰撞冲击效应与冲击力；基于障碍Lyapunov函数设计了一种状态约束控制方法，实现了轨迹的高精度跟踪；采用模糊自适应控制器对系统的不确定项进行拟合，解决了系统参数不确定的影响。通过Lyapunov定理证明了系统的稳定性，并利用数值模拟验证了缓冲机构的抗冲击性能及所提柔顺策略的有效性。

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32. 多通道信息融合与深度迁移学习的旋转机械故障诊断

张龙, 胡燕青, 赵丽娟, 张号

中国机械工程 2023, 34 (08): 966-975. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.08.011

摘要（346）

PDF （9432KB）（174）

针对单通道信号特征信息不充分的问题，提出了一种多通道信息融合与深度迁移学习的旋转机械故障诊断方法。首先使用小波变换将多传感器采集的一维信号生成多幅时频图，然后将时频图信息融合为多通道图像，最后将预训练的深度残差网络作为迁移模型对旋转机械进行故障诊断。圆柱滚子轴承、某局机务段机车轴承和齿轮箱数据集的识别准确率分别为99.23%、99.78%和99.50%，凯斯西储大学轴承数据集的跨工况迁移试验识别准确率达93.12%，这表明所提方法具有一定的优越性和可扩展性。

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33. 基于奇异避免的薄壁件镜像铣削加工路径优化

钱栊, 张立强, 高秋阁, 杨杰

中国机械工程 2023, 34 (05): 576-583，594. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.05.008

摘要（343）

PDF （11512KB）（82）

在双五轴镜像铣削加工中，由于旋转轴运动突变带来的奇异问题，导致薄壁件表面加工质量以及加工效率降低。在分析奇异问题产生原因的基础上，提出一种奇异区域加工路径优化的方法。基于C-空间的概念，在奇异区域边界约束条件下，同时满足镜像铣削加工中刀轴矢量与工件表面保持垂直，以最小刀轴矢量距离确定备选刀轴矢量，对奇异区域的刀轴矢量进行局部修正。然后对整条加工路径进行B样条曲线拟合，基于最小参数曲线应变能建立优化模型，通过对参数曲线的调整，提高路径的光顺性，保证加工效率，提高加工质量。最后，通过仿真实验和实际加工结果验证所提方法的有效性。研究结果表明，最小壁厚误差减小50%，最大壁厚误差减小75%，整体壁厚误差范围缩小了68.75%，同时完整的路径加工时间缩短了2.1%。

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34. 搅拌摩擦焊机床开放式控制系统及切线跟踪研究

刘立业, 陈永亮, 汤伟莉, 魏云篷, 索树灿

中国机械工程 2022, 33 (16): 1948-1956. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.16.008

摘要（343）

PDF （8332KB）（87）

现有大部分搅拌摩擦焊设备缺乏对过程变量的有效监控，建立开放式的控制系统是解决这一问题的有效手段，然而搅拌摩擦焊工艺与传统的金属切削有两大不同，即焊接倾角与圆弧切线跟踪功能。现有设备将圆弧切线跟踪功能集成到控制系统中，导致用户研究开放式可控制系统时还需对此功能进行专门的设计，进而导致设备研发周期变长、成本增加。构建了基于Ether CAT的开放式控制系统，以一种龙门式搅拌摩擦焊机床为例，运用D-H法推导出机床全参数化正逆向运动学数学模型，并提出一种简单的平面二维圆弧切线跟踪方法，在已有两轴圆弧插补的基础上不需研究三轴插补算法即可完成搅拌摩擦焊。最后选择一种典型的焊缝轨迹进行运动仿真与焊接试验，验证了机床参数化运动学模型的正确性及圆弧切线跟踪方法的可行性。

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35. 基于全矢增强深度森林的旋转设备智能故障诊断方法

姜万录, 李满, 张培尧, 赵亚鹏, 张淑清

中国机械工程 2022, 33 (11): 1324-1335. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.11.009

摘要（339）

PDF （9543KB）（116）

针对传统智能诊断方法需要专家知识和复杂特征提取，而深度神经网络模型复杂度高、构建难度大，以及单源信号信息不完备等问题，提出了一种新颖的全矢数据融合增强深度森林的旋转设备故障诊断方法。该方法根据旋转设备振动信号的特点，选择全矢谱技术与深度森林多粒度扫描相结合，用于接收同源双通道信号输入，增强了数据的完备性，并通过改善深度森林级联层来减少深层特征消失和特征冗余。为了验证所提出方法的有效性，分别进行了滚动轴承与轴向柱塞泵两例故障诊断实验研究，结果表明，该方法在不同旋转设备上都有很好的诊断效果，并可以实现端到端故障诊断。此外，该方法在小训练数据集上的故障识别准确率也非常高。

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36. 基于力位混合导向的工业机器人顺槽运动控制策略

张俊鑫, 陈威, 黄斯凯, 吴海彬

中国机械工程 2023, 34 (06): 712-719，726. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.06.010

摘要（339）

PDF （5629KB）（203）

针对工业机器人顺槽运动时受到多方向位置与力的混合约束问题，提出一种力位混合导向策略，并基于阻抗模型设计自抗扰控制器（ADRC）对该策略的力控制回路进行优化。在此基础上，基于双模糊结构对ADRC进行改进，得到一种开关式变论域模糊ADRC，以此增强工业机器人在进行力位混合控制时对未知环境的适应能力。最后，对所提出的算法进行性能仿真，并以手机射频线的顺槽装配为例进行实验。仿真和实验结果表明，相对于常规的控制方法，所提出的控制策略具备更加良好的力位混合控制性能，能够更好地应用于工业机器人的顺槽运动控制。

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37. 融合实测数据的航空结构件修配量迭代寻优及评价方法

陈帅, 郭飞燕, 孟月梅, 王明阳, 侯志霞

中国机械工程 2022, 33 (17): 2061-2070，2078. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.17.007

摘要（335）

PDF （9281KB）（93）

针对航空大型结构件一次装配成功率低、装配偏差难以预测、修配量无法精准预知等问题，提出了一种融合实测数据的修配量迭代寻优及综合评价方法。以提高修配质量为目标，融合装配过程实测数据重构模型，提出了修配方案逐步优化的总体方案，并根据修配工艺要求提出了基于改进粒子群算法的修配仿真优化方法，进行修配仿真与装配精度预测，确保装配精度首先满足要求；根据模糊数学隶属度理论对修配成本、难度等定性因素进行综合量化评价，实现了多组修配方案的最终优化。以某型中央翼盒总装站位的肋缘条位置偏差控制为例，开发修配方案生成软件工具，开展实际装配作业前的精度预测与修配仿真优化工作。现场应用表明：所提方法可精确预测装配误差，事先准确确定修配方案，切实提高装配质量及效率。

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38. 冗余机器人喷涂系统改进人工鱼群逆运动学求解算法

刘雪梅, 冯焱, 杨振, 李爱平, 卢军国

中国机械工程 2022, 33 (11): 1317-1323. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.11.008

摘要（318）

PDF （2509KB）（137）

针对一种带有冗余自由度的船舶分段机器人喷涂系统逆运动学问题，使用改进Denavit-Hartenberg(DH)参数法建立了机器人系统的运动学模型。以位姿误差最小及关节行程最短为目标，构建了冗余机器人逆运动学问题优化模型，提出一种改进人工鱼群算法( IAFSA)对模型进行求解。IAFSA引入基于正态分布的视野范围及移动步长动态调整策略来改善解的精度并缩短计算时间，提高算法综合性能。与人工鱼群算法和混合改进人工鱼群算法进行了对比实验，实验结果表明IAFSA搜索能力强、收敛速度快、计算时间较短，逆解良好的精度和误差稳定性在SolidWorks Motion仿真中得到验证，体现了IAFSA算法在冗余机器人逆运动学求解问题中的有效性。

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39. 基于强化学习算法的水下滑翔机路径跟踪研究

石晴晴, 张润锋, 张连洪, 兰世泉,

中国机械工程 2023, 34 (09): 1100-1110. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.09.011

摘要（308）

PDF （6340KB）（309）

针对洋流影响下水下滑翔机实际路径与预定路径偏差较大的问题，在传统的长短期记忆网络模型的基础上引入注意力机制，建立了具有长短期记忆与注意力机制的神经网络洋流预测模型；利用深度神经网络生成水下滑翔机运动的动态Q表，并通过强化学习算法选择最优运动姿态，同时考虑洋流的影响，构造了基于深度强化学习的水下滑翔机路径跟踪算法。结果表明，基于注意力机制的长短期记忆网络相较于传统的整合移动平均自回归模型与长短期记忆网络，其洋流预测具有更小的均方误差与均方根误差，具有良好的预测能力；相较于传统的PID控制，深度强化学习模型可使水下滑翔机轨迹均方根误差降低50.9%，显著提高了路径跟踪精度。

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40. 树结构主干分枝层级化的部件装配单元聚类划分

成彬, 张松松, 王晓明

中国机械工程 2023, 34 (06): 703-711. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.06.009

摘要（301）

PDF （1988KB）（98）

针对部件装配过程中装配工作并行度低和特征偏差分析难的问题，提出了一种树结构主干分枝层级化的部件装配单元聚类划分方法。首先，根据零件间的装配关联构建部件树结构，分析分枝零件间的装配特征关联指标，建立指标系统及其应用规则表达分枝间的亲密度并建立亲密度矩阵，完成部件树主干表达；其次，以分枝间亲密度为初始输入，引入改进Dijkstra路径规划算法，利用算法本身的优势获得主干与多分枝间的局部最短路径最优解，构建主干-分枝层级矩阵，以实现部件树结构主干-分枝层级化，进而合并分枝完成装配单元聚类划分；最后，以单元划分结果进行虚拟装配，分析在物理车间执行总装时是否存在干涉情况以优化最终的划分结果。以某车用差速器装配体的装配单元聚类划分过程为实例验证了所提方法的可行性和有效性。

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