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1. 机器人磨抛力柔顺控制研究进展

葛吉民, 邓朝晖, 李尉, 李重阳, 陈曦, 彭德平

中国机械工程 2021, 32 (18): 2217-2230,2238. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.18.011

摘要（858）

PDF （6054KB）（766）

低成本、高灵巧度机器人在磨抛领域中的应用越来越广，而对机器人磨抛力的柔顺控制是降低工件表面粗糙度、获得高形状精度和表面完整性的关键。综述了国内外学者在机器人磨抛力主动柔顺控制策略、被动柔顺控制装置、主被动柔顺控制方法等方面的主要研究成果，分析了各种典型控制方法的原理及实现过程，比较了各方法的优缺点，并指出了目前研究存在的问题。最后总结了关键技术难点并展望了发展趋势。

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2. 基于长短期记忆近端策略优化强化学习的等效并行机在线调度方法

贺俊杰, 张洁, 张朋, 汪俊亮, 郑鹏, 王明

中国机械工程 2022, 33 (03): 329-338. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.03.009

摘要（740）

PDF （6559KB）（569）

针对等效并行机在线调度问题，以加权完工时间和为目标，提出了一种基于长短期记忆近端策略优化（LSTM-PPO）强化学习的在线调度方法。通过设计融合LSTM的智能体记录车间的历史状态变化和调度策略，进而根据状态信息进行在线调度。设计了车间状态矩阵对问题约束和优化目标进行描述，在调度决策中引入额外的设备等待指令来扩大解空间，并设计奖励函数将优化目标分解为分步奖励值实现调度决策评价。最后基于PPO算法进行模型更新和参数全局优化。实验结果表明所提方法优于现有的几种启发式规则，并将所提算法应用于实际车间的生产调度，有效减小了加权完工时间和。

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3. 数字孪生驱动的数控铣削刀具磨损在线监测方法

李聪波, 孙鑫, 侯晓博, 赵希坤, 吴少卿

中国机械工程 2022, 33 (01): 78-87. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.01.009

摘要（636）

PDF （11516KB）（572）

针对数控铣床不断老化导致刀具磨损预测模型误差较大，加工过程中动态数据难以在线采集等问题，提出一种数字孪生驱动的刀具磨损在线监测方法。采用神经网络对加工过程中的多源数据进行特征提取，建立考虑机床老化的刀具磨损时变偏差量化模型，并在此基础上提出数控铣削刀具磨损的在线预测方法；开发了面向刀具磨损的数控铣削数字孪生系统，在线感知加工过程中的动态数据并实时仿真刀具磨损过程；最后，将该方法应用于实际加工中并与其他的预测方法进行了对比，结果表明该方法有效降低了机床老化带来的误差，实现了刀具磨损的精确预测。

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4. 基于改进RRT*FN算法的机械臂多场景运动规划

房立金, 吴政翰, 王怀震

中国机械工程 2021, 32 (21): 2590-2597. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.21.008

摘要（562）

PDF （7704KB）（168）

针对固定节点数的渐进最优快速扩展随机树(RRT*FN)算法精度低、对环境缺乏适应性等问题，提出了一种改进RRT*FN的机械臂运动规划算法。在迭代过程中，结合目标偏向随机采样和椭球子集采样的优势，构造新的启发式方法对采样区域进行约束，从而保证搜索路径更优。在扩展节点时，配置树中总节点数的预设值，并通过加权方法对树中叶子节点进行删减，避免了树规模的无限增长。在动态环境下，采用对节点剪枝与连接的启发式重规划方法，有效提高了对动态环境的适应能力。实验结果表明，该算法在规划过程中收敛速度更快，效率更高，具有较强的环境适应性。

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5. 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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6. 人机环境系统多领域行为过程建模与优化方法研究进展

董元发, 张文厉, 肖人彬, 田启华, 杜轩,

中国机械工程 2022, 33 (08): 929-942. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.08.007

摘要（525）

PDF （1784KB）（361）

目前智能技术自身在通用性、稳健性、安全性等方面并不成熟，智能交互产品极易因在意图表达、信息处理、决策逻辑、交互时序、动作强度等方面与用户行为模式的不匹配而产生“行为冲突”，人机环境系统多领域行为过程的统一建模与优化是实现智能交互产品行为特性调控和正向设计的关键。从如何表征、用什么表征、如何校验、如何优化四个维度系统地梳理了人机环境系统多领域行为过程表征模型、建模语言/工具、模型验证和行为过程优化等方面的研究进展，分析了目前该领域存在的问题和局限性，展望了未来的研究重点和发展趋势。

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7. 大视场室内移动机器人高精度动态定位方法

田明锐, 杨皓, 胡永彪

中国机械工程 2022, 33 (02): 194-201. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.02.009

摘要（524）

PDF （5717KB）（308）

高精度室内定位是移动机器人实现自主导航、运动控制和协同作业等任务的前提条件。利用单目视觉定位原理，提出了一种针对大视场的室内移动机器人绝对定位方法。该方法适用于室内多移动机器人同步动态定位，解决了大视场环境下多相机非线性标定和视场融合问题，相机标定精度提高了52.6%。为提高移动机器人动态定位精度，设计了基于光信标的高速定位算法，提高了定位系统的图像处理速度，并对定位系统动态误差进行了预测和补偿。对定位方法中各算法进行实验验证，结果表明提出的方法可以对多个室内高速移动机器人进行高精度动态定位，当机器人移动速度小于3.2 m/s时，系统位置平均动态定位误差低于5 cm，姿态角平均动态定位误差低于0.6°。

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8. 面向三维零件工艺智能设计的工艺尺寸快速标注方法

刘金锋, 盛苏山, 董磊, 周宏根, 刘晓军, 曹旭武, 李磊,

中国机械工程 2022, 33 (06): 707-717. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.06.010

摘要（520）

PDF （13086KB）（235）

针对现有工艺尺寸标注方法存在无法精确描述零件加工前后特征变化的问题，提出面向三维工艺智能设计的工艺尺寸快速标注方法。首先，建立去除体的参数化快速建模方法，构建去除特征与定形尺寸之间的组织与管理机制；其次，在工艺模型逆向创建过程中，分析工序特征、去除体与工艺尺寸三者之间的关联关系，构建“特征-尺寸-去除体”约束机制以快速生成工艺模型的工艺尺寸；然后，根据工艺尺寸标注元素优先级和尺寸间的约束关系，构建工艺尺寸的完备性检查与规范化处理方法；最后，基于三维零件工艺设计系统，集成开发工艺尺寸标注模块，选用两个典型板腔类复杂加工零件工艺设计为对象，验证工艺尺寸快速标注方法的可行性与有效性。

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9. 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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10. 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（504）

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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11. 基于组合优化算法的6R机器人逆运动学求解

吉阳珍, 侯力, 罗岚, 罗培, 刘旭槟, 梁爽

中国机械工程 2021, 32 (10): 1222-1232. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.10.011

摘要（498）

PDF （1672KB）（492）

针对逆运动学求解存在的多解、精度低及通用性差等问题，提出了一种适用于各类6R工业机器人求逆解的组合优化算法。根据经典D-H法建立了机器人运动学模型，以最小化位姿误差为目标，结合运动平稳性原则构造了逆解问题的目标函数，以线性加权和法设计了适应度函数。通过混沌映射初始化种群、收敛因子非线性更新、自适应惯性权重位置调整及引入模拟退火策略等4种措施得到了一种改进的鲸鱼优化算法，并用于逆运动学求解。组合算法将鲸鱼算法求解的结果作为初始值，再利用Newton-Raphson数值法迭代出满足精度要求的运动学逆解。仿真试验结果表明：改进后的鲸鱼算法求解性能得到了较大提高,相比于直接利用鲸鱼算法进行逆运动学求解，组合优化算法具有求解速度快、稳定性好、精度高的特点，证明了该算法求逆的可行性与有效性。

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12. 基于图像深度学习的零件加工特征信息提取方法

张胜文, 周曦, 李滨城, , 程德俊, , 陈文笛

中国机械工程 2022, 33 (03): 348-355. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.03.011

摘要（489）

PDF （5249KB）（359）

针对各类基于模型定义（MBD）的零件模型加工特征的信息集成问题，提出一种多层次提取架构的加工特征全息信息提取方法。通过对零件的结构特点进行分析，以具有制造语义且无法拆分的最简化特征实现加工特征的分类；在阐述提取策略的基础上，构建了基于深度学习图像识别技术的加工特征分类器；依据MBD模型信息标注的特点快速定位、抽取加工特征的拓扑结构，并利用多角度捕捉降维方法将加工特征彩色图像化，在此基础上设计了加工特征多角度图像识别综合分析方法；基于查询视图对MBD模型的标注信息进行过滤，构建了加工特征几何信息双层过滤式提取方法。最后开发了加工特征全息信息提取软件，并以船用柴油机关键件为实例验证了该方法的有效性。

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13. 液态金属柔性感知的人机交互软体机械手

刘会聪, 杨梦柯, 袁鑫, 孙立宁, 金国庆,

中国机械工程 2021, 32 (12): 1470-1478. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.12.011

摘要（488）

PDF （9710KB）（338）

利用3D打印技术制作了基于液态金属微流道的应变传感器和弯曲传感器，并将应变传感器集成至人体传感手套，用于人手的手势检测；将弯曲传感器集成至软体机械手，用作软体机械手的姿势及运动控制，通过传感手套控制软体机械手实现了人机交互。实验证明传感手套不仅能控制软体机械手的姿势，还能精确控制每根软体手指的弯曲程度。

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14. 基于特征融合的双模态低辨识度目标识别

吴愿, 薛培林, 殷国栋, 黄文涵, 耿可可, 邹伟

中国机械工程 2021, 32 (10): 1205-1212,1221. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.10.009

摘要（483）

PDF （9136KB）（145）

针对单一彩色相机对低辨识度目标识别准确率低的问题，提出了一种利用彩色相机和红外热成像仪同时检测自动驾驶目标的方案。为了同时提取彩色图像的颜色特征与红外图像的温度特征，在单模态YOLOv3网络基础上改进网络结构得到双模态YOLOv3神经网络，并设计四种特征融合对比实验以确定最佳融合方案;建立双模态数据集同步采集系统，采集彩色图像与红外图像对并用于双模态网络的训练与测试；使用未经网络训练的验证集得到4种双模态特征融合模型的平均精度值与损失值。实验结果表明，在训练30次后，该双模态网络模型的平均精度值最高可达59.42%。

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15. 基于非线性预测滤波算法的疲劳裂纹扩展预测

顾震华, 李可, 顾杰斐, 宿磊, 苏文胜

中国机械工程 2021, 32 (14): 1709-1715. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.14.009

摘要（470）

PDF （4332KB）（261）

针对传统Paris疲劳裂纹扩展模型预测精度低、无法考虑裂纹扩展过程中各种不确定因素影响的问题，提出一种基于非线性预测滤波算法的疲劳裂纹扩展预测方法。使用基于Paris公式的状态空间方程表征裂纹扩展过程，采用基于Lamb波的监测技术构建观测空间方程，利用实时观测信息修正模型预测值。最后通过Q235钢试件的单边疲劳裂纹扩展实验验证了该预测方法的有效性。实验结果表明，非线性预测滤波算法在疲劳裂纹扩展预测中可以有效地修正Paris公式的预测误差，其预测精度高于扩展卡尔曼滤波和粒子滤波算法的预测精度,同时算法效率较粒子滤波算法有明显提高。

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16. 滚动轴承自适应特征提取的包络谱多点峭度多级降噪方法

张龙, 蔡秉桓, 熊国良, 王朝兵, 胡俊锋

中国机械工程 2021, 32 (24): 2950-2959. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.24.007

摘要（469）

PDF （8239KB）（130）

滚动轴承故障信号主要包含高品质因子振动分量和低品质因子瞬态冲击分量。采用多点最优最小熵解卷积方法初步削弱传输路径等干扰影响，使微弱瞬态冲击成分得到初步增强,然后针对共振稀疏分解(RSSD)方法存在的品质因子选择困难问题，同时考虑包络谱中故障频率成分的严格周期性，提出包络谱多点峭度(ESMK)概念并将其作为优化指标，采用粒子群优化算法(PSO)对品质因子进行选择，得到一种自适应稀疏分解方法（PSO-RSSD）用于瞬态冲击信号的提取，以消除信号中高幅值干扰冲击和背景噪声的影响。轴承仿真与实测信号分析结果表明，与最小熵解卷积信号共振稀疏分解方法相比，在强冲击干扰下ESMK能够有效度量周期性瞬态冲击，PSO-RSSD方法能自适应分离最优低品质共振分量，验证了该方法的有效性和优越性。

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17. 基于稀疏节点快速扩展随机树的移动机械臂运动规划

李耀仲, 王书亭, 蒋立泉, 孟杰, 谢远龙,

中国机械工程 2021, 32 (12): 1462-1470. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.12.010

摘要（468）

PDF （8708KB）（210）

针对传统移动机械臂运动规划未考虑停靠误差、规划效率低等问题，提出一种基于稀疏节点快速扩展随机树的移动机械臂运动规划方法。研究了停靠误差对移动机械臂运动规划的影响，制定了基于坐标转换的误差补偿措施。针对快速扩展随机树算法在局部空间中过度搜索的问题，改进回归过滤机制，避免了节点重复扩展。考虑边界节点的有效性，提出了随机点边界扩展机制以缩短碰撞检测时间。实验结果表明所提方法提高了运动规划效率。

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18. 基于深度学习与子域适配的齿轮故障诊断

揭震国, 王细洋, 龚廷恺

中国机械工程 2021, 32 (22): 2716-2723. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.22.008

摘要（461）

PDF （3700KB）（398）

针对生产实际中标注故障数据不足的问题，提出了基于深度学习与子域适配的齿轮故障诊断方法。首先构建域共享的一维卷积神经网络，从故障数据中提取可迁移特征；然后采用多核局部最大均值差异来测量可迁移特征相关子域的分布差异，并将测得的分布差异加入目标函数中训练；最后将训练完成的模型用于目标域健康状态的识别。实验结果表明，所提方法能在无标签目标域数据的情况下得到较高的准确率。

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19. 绳驱动连续体机器人标定方法

李法民, 郑天江, 沈雯钧, 王会肖, 方灶军, 梁冬泰

中国机械工程 2022, 33 (02): 202-208. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.02.010

摘要（460）

PDF （4575KB）（316）

为提高绳驱动连续体机器人的定位精度，提出了一种针对此类机器人的误差标定与补偿方法。该方法利用指数积(POE)公式建立连续体机器人关节模块的运动学模型，并利用运动学模型推导出误差传递模型。针对误差模型采用最小二乘方法进行误差的辨识，将辨识后的误差补偿至机器人的运动学模型，从而提高机器人关节模块的模型精度。制作了基于柔性支撑的绳驱动连续体机器人样机，并对标定算法进行了仿真和实验验证，实验结果显示机器人末端位置精度提高了32.23%，姿态精度提高了81.64%，证明了标定算法的有效性。

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20. 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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21. 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（456）

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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22. 基于激光雷达的火箭推进剂加注机器人姿态估计研究

陆煜, 蒋赞, 洪刚, 顿向明

中国机械工程 2021, 32 (10): 1200-1204. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.10.008

摘要（452）

PDF （1584KB）（199）

针对运载火箭发射中燃料推进剂加注环节中的自动对接需求，提出了一种基于单线激光雷达识别人工信标的姿态估计算法。通过电机带动二维激光雷达旋转，采集环境三维点云信息，通过所提算法从中识别出具有特殊几何形状的目标板来确定加注机器人与箭体活门之间的相对姿态，并实现机器人基于人工信标的姿态估计。最后通过实验验证了所提算法的可靠性与准确性。

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23. 一种频域特征提取自编码器及其在故障诊断中的应用研究

赵志宏, 李乐豪, 杨绍普, 李晴

中国机械工程 2021, 32 (20): 2468-2474. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.20.009

摘要（449）

PDF （6030KB）（332）

提出一种可以直接从振动信号中提取频域特征的非对称自编码器方法。与传统自编码器以重构振动信号作为目标输出不同，频域自编码器使用振动信号的频谱作为目标输出，这种非对称的自编码器可以学习振动信号与其频谱之间的映射关系，使得编码器可以输出频域特征。为了说明提出的频域自编码器的特征提取效果，在轴承数据集上进行特征提取和故障诊断实验，在没有引入标签信息的情况下，频域自编码器提取到的特征表现出较好的聚类效果，能够区分轴承的不同故障类型；进一步进行了泛化实验，训练分类器时使用1%的有标签样本，可以达到90%以上的故障分类准确率。实验结果表明，频域自编码器与传统自编码器相比，可以更好地提取振动信号的故障特征信息，具有一定的实用价值。

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24. 智能网联车即插即用组网模型及决策融合算法

周晓春, 梁军, 陈龙, 王亚飞, 龚进峰

中国机械工程 2021, 32 (16): 1983-1993. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.16.011

摘要（444）

PDF （9498KB）（91）

针对智能网联车（ICV）多传感器融合前组网流程繁琐的问题，提出了一种车载即插即用（PnP）环境感知传感器“自搜索(SS)自识别(SI)自标定（SC）”组网模型（简称“S-SIC”）。采用深度优先搜索规划算法自搜索PnP传感器并接入ADAS域；采用广播报文自识别PnP传感器并进行初始化；采用车体坐标系坐标转换矩阵及补偿算法自标定PnP传感器。针对ICV多传感器数据及特征级融合时设备难以兼容的问题，提出了K-m.AW决策级融合算法。实验结果表明：S-SIC模型搜索成功率达92%，搜索平均时间为1.79 s；在前车轨迹估计中，基于K-m.AW算法的多场景融合估计准确率较对比算法分别提高了7.6%、11.8%。

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25. 直驱式四足机器人的结构优化设计与研究

刘明源, 陈平, 马建设

中国机械工程 2021, 32 (18): 2246-2253. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.18.014

摘要（444）

PDF （8229KB）（258）

设计了一种直驱式四足机器人。基于弹簧倒立摆模型建立了腿部刚度特性模型，分析了腿部杆长比、姿态角与刚度特性的关系，讨论了杆长比对能量利用效率的影响。对五杆同轴腿进行正向运动学和逆向运动学的分析，推导出位置控制算法模型，并利用雅可比矩阵推导出腿部驱动电机输入电流与足端受力的关系。对搭建的直驱式四足机器人进行奔跑实验和跳跃实验，验证了该机器人结构设计的合理性。

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26. 基于多源异构数据的数控铣削表面粗糙度预测方法

李聪波, 龙云, 崔佳斌, 赵希坤, 赵德

中国机械工程 2022, 33 (03): 318-328. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.03.008

摘要（435）

PDF （10174KB）（159）

针对传统数控铣削表面粗糙度预测模型泛化性差、精度较低等问题，提出了一种基于多源异构数据的数控铣削表面粗糙度预测方法。获取变工艺条件下数控铣削的工艺参数、刀具直径及工件材料等静态数据和振动信号、力信号及功率信号等动态数据；采用粒子群优化算法(PSO)优化卷积神经网络(CNN)的网络结构参数得到PSO-CNN；运用PSO-CNN自适应提取动态数据特征并对静态数据特征进行人工提取，再通过浅层神经网络融合动、静态数据等多源异构数据的特征，建立变工艺下的表面粗糙度预测模型；通过不同模型的预测性能对比试验，验证了该方法的优越性，并以两个工件加工过程为例，验证了该方法的有效性。

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27. 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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28. 面向复杂曲面加工的虚拟夹具辅助机器人示教编程研究

葛科迪, 赵欢, 陈鹏飞, 丁汉

中国机械工程 2021, 32 (14): 1716-1725. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.14.010

摘要（431）

PDF （7051KB）（140）

为解决面向复杂曲面加工的机器人示教编程中虚拟夹具构造困难、难以依据操作者意图自适应调整等问题,提出一种虚拟夹具离线构造和在线迭代更新的辅助机器人示教编程策略。采用示教曲面流形离线构造先验虚拟夹具，若先验虚拟夹具吻合待加工曲面，则利用弹簧阻尼系统对示教路径偏差进行在线补偿，否则通过虚拟夹具刚柔性自适应调整实现迭代修正。研究结果表明，由曲面流形构造虚拟夹具简单且具有泛化特性，提高了复杂曲面虚拟夹具构造效率；以正弦/风扇轨迹作为虚拟夹具辅助示教，能使辅助示教路径位置误差、姿态误差分别降低至少84%、81%，并能根据操作者意图自适应调整虚拟夹具以更加吻合目标曲面。

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29. 求解资源受限多项目调度的改进遗传规划算法

陈浩杰, 丁国富, 张剑, 阎开印

中国机械工程 2021, 32 (10): 1213-1221. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.10.010

摘要（429）

PDF （1266KB）（389）

针对优先级规则调度不具备优化能力的缺陷，提出了一种应用于资源受限多项目调度的改进超启发式遗传规划算法以进化出更理想的优先级规则。通过分析现有优先级规则构建出适用多项目调度的归一化属性集和顶层判别编码方式，并结合NSGA-Ⅱ虚拟适应度分配方法对种群进行评估以实现多目标优化。设计了一种多样性种群更新方式，以避免传统遗传规划易陷入局部最优的缺陷和提高搜索能力。通过基于标准数据集PSPLIB所构造的算例和飞机总装装配线的生产实例验证了该方法的有效性和可行性。

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30. 基于增强深度自编码网络的滚动轴承故障诊断方法

童靳于, 罗金, 郑近德

中国机械工程 2021, 32 (21): 2617-2624. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.21.011

摘要（424）

PDF （6049KB）（268）

为了提高深度自编码网络的特征挖掘能力，自适应地选取网络超参数，提出了一种增强深度自编码网络，并将其应用于滚动轴承故障诊断。采用最大相关熵代替均方误差作为自编码器的损失函数，加入稀疏惩罚项和嵌入非负约束因子的收缩惩罚项，进一步减小重构误差；通过灰狼优化算法自适应地选取网络关键参数。实验分析结果表明，与现有方法相比，该方法具有更强的特征提取能力与稳定性，对变工况下的轴承振动数据也能达到较高的识别精度。

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31. 面向不平衡数据集的汽车零部件质量预测

李敏波, 董伟伟

中国机械工程 2022, 33 (01): 88-96. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.01.010

摘要（421）

PDF （3885KB）（270）

针对汽车零部件质检数据存在合格品与不合格品数量不平衡的问题，提出了基于密度聚类与多工序制造特征的MCDC-MF-SMOTE质检数据过采样方法。先对少数类（不合格）与多数类（合格）样本分别进行密度聚类，再对多工序制造数据和类簇样本分布进行过采样权重计算；根据设定的过采样比和类簇权重，在少数类簇中进行过采样数据生成。使用MCDC-MF-SMOTE过采样方法生成汽车零部件质检的平衡数据集，并采用随机森林排序制造特征的重要性，对分类模型LightGBM、XGBoost、SVM和MNB进行Stacking集成来预测不合格品。与随机抽检相比，该方法对不合格产品的检出率提高了约63%。

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32. 基于弹性核凸包张量机的机械设备热成像故障诊断方法#br#

何知义, 邵海东, 程军圣, 杨宇,

中国机械工程 2021, 32 (12): 1456-1461，1478. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.12.009

摘要（421）

PDF （3881KB）（233）

针对机械设备热成像故障诊断中图像样本向量化维数灾难和结构信息破坏的问题，提出了基于弹性核凸包张量机的机械设备热成像故障诊断方法。首先定义样本特征张量空间的弹性核凸包，然后求解弹性核凸包间的最优超平面来构建弹性核凸包张量机模型，最后以机械设备不同故障状态下的热成像图像为输入，实现机械设备的故障诊断。实验结果表明：该方法可以准确、稳定地对机械设备进行故障诊断。

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33. 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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34. 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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35. 预防维护下装配线平衡的多目标重启变邻域搜索算法

赵联鹏, 唐秋华, 张子凯, 蒙凯,

中国机械工程 2021, 32 (21): 2606-2616. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.21.010

摘要（415）

PDF （4625KB）（227）

针对预防维护下的装配线平衡问题，提出了一种带有重启策略的多目标变邻域搜索算法，以优化正常工作、设备维护情形下的节拍与工序调整。算法结合启发式与随机方法得到较优初始解；设计并筛选出寻优能力较强且具有互补性的四类邻域算子及其搜索策略，以更好地进行全局探索与局部开发。为促进Pareto前沿推进，提出了一种具有自适应能力的重启算子，以便根据问题规模调整重启代数阈值、参考寻优进程扩大搜索空间。该算法机制简单且无固定参数，实验结果表明该算法能够获得具有竞争性的非支配解集。

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36. 受路网和测量约束的变电站巡检机器人路径规划

路浩, 陈洋, 吴怀宇, 程磊,

中国机械工程 2021, 32 (16): 1972-1982. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.16.010

摘要（414）

PDF （11395KB）（235）

采用机器人对变电站高压线路测温可以大大提高日常巡检任务的智能化水平，但是巡检过程中存在路网限制和频繁启停能量消耗大等问题，须考虑最优路径与最佳测温停靠地点的相互制约性。为了解决上述问题，基于图论对变电站环境进行建模，通过分析巡检机器人在路网中对目标点测温时相机的位姿约束，建立了以时间消耗最小为目标的路径规划模型。提出了一种基于改进蚁群算法的路径优化方法和基于贪婪思想聚类的巡检停靠点选取方法，通过蚁群算法迭代获得机器人的最优巡检路径、巡检停靠点序列以及各停靠点对应的测温点集。最后，采用仿真案例验证了算法的可行性和鲁棒性，基于巡检机器人的实验结果表明该路径规划模型可用于变电站巡检。

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37. 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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38. 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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39. 风洞上攻角机器人轨迹规划算法研究与实现

孙晓军, 宋代平, 林敬周, 韩伟航

中国机械工程 2021, 32 (16): 1963-1971. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.16.009

摘要（410）

PDF （4908KB）（202）

为了提高机械臂跟踪目标轨迹的运动速度，对其目标轨迹进行二次规划。该轨迹规划算法通过引入路径参数s，将关节速度、力/力矩等约束转化为关于路径参数的约束，分别求取关节速度与力/力矩约束限制下路径参数s的最大速度曲线，对最大速度曲线求交集，获得多重约束最大速度曲线。采用模糊推理方法对目标轨迹进行离散化处理，减小优化规模；以0值加速度曲线乘以比例系数Kv替代关节力/力矩约束的最大速度曲线，提高算法的计算效率；通过速度特征点算法与修型射靶算法对规划得到的轨迹进行修形，确保修形后的目标轨迹满足关节速度、力/力矩的约束，并且速度曲线光滑。实验表明，该轨迹规划算法对不同复杂程度的目标轨迹都有着较好的规划性能，能够得到连续平滑的时间近似最优轨迹。

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40. 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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