9月19日：《机械工程学报》2021年第5期最受关注论文推荐

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飞秒激光无碎屑加工不锈钢血管支架

广东工业大学机电工程学院的谢小柱等指出经皮冠状动脉植入血管支架是解决心血管堵塞的主要手段。管状心血管支架主要采用纳秒激光加工,但存在热效应大、熔渣碎屑残留、以及复杂后处理等问题。因此,利用高重复频率红外飞秒激光对不锈钢血管支架进行加工,研究飞秒激光烧蚀作用机理,分析材料的去除过程,研究激光能量密度、平台进给速度、激光脉冲重复频率等加工工艺参数对加工表面的影响规律,研究结果表明:高重复频率低能量密度下飞秒激光加工具有良好的表面质量和加工效率;在激光能量密度、脉冲重复频率、进给速度、气体压力分别为1.99 J/cm2、100 kHz、24.6 mm/min、0.1 MPa时,实现了热影响区小、无碎屑残留且没有重凝层的高质量血管支架切割,并且在其表面加工了直径为30μm的储药孔。

基于本体的公理化系统设计语义建模与推理规则

郑州轻工业大学机电工程学院的王昊琪等认为使得计算机理解系统设计的语义并完成自动推理是实现智能制造和基于模型的系统工程的两个重要特征,但现有系统建模语言对语义表达和自动推理的支持有限。第一,为了满足复杂产品系统建模的语义表达要求,在前期工作—基于模型的公理化系统设计(Axiomatic model-based systems engineering,A-MBSD)的基础上,构建对应的本体模型A-MBSD Ontology;通过网络本体语言(Web ontology language 2,OWL2),明确定义系统设计的语义及其之间的关系。第二,为了满足系统建模的推理要求,使用语义网规则语言(Semantic web rule language,SWRL)对设计公理和规则进行定义,支持功能耦合性的判断和最优设计方案的选择。最后,以卫星太阳翼的系统设计为例,证明所构建的本体模型能够明确表达系统设计语义,相应的规则可以自动推理出设计参数所影响的功能需求、功能需求之间的耦合等,避免在试验阶段才发现耦合问题而导致的设计返工,提高系统设计的效率。

变切深工况下恒定切削力约束的多目标进给量优化方法

西北工业大学航空发动机高性能制造工业和信息化部重点实验室的张阳等针对数控加工中工艺人员设定恒定的进给量导致零件加工效率低、表面质量差的问题,提出基于恒定切削力约束的多目标进给量优化方法。以切削力预测模型为基础,以综合考虑提高零件加工效率和表面质量为优化目标,以恒定切削力,机床参数,加工表面质量和进给量平滑过渡为约束条件,建立了多目标进给量优化模型。通过正交切削试验标定切削力系数,并验证了预测模型的正确性和精确性。通过试切工件采集原始切削力,并试验分析确定出最优目标切削力值,采用基于精英控制的非支配筛选遗传算法(Controlled elitist non-dominated sorting genetic algorithm,Controlled NSGA-Ⅱ)对进给量进行了优化。试验结果验证了恒定切削力约束的多目标进给量优化模型的有效性,达到了恒定切削力约束目标,保证了加工表面质量,提高了加工效率,实现了数控加工工艺参数优化,提高了数控系统应用性能。

探花

基于高斯模型和视觉测量的机械臂在线自标定方法研究

沈阳建筑大学机械工程学院的祁若龙等认为对于在空间站、核电站或其他无人环境中工作的特种机械臂,过载、碰撞、振动、温度变化和应力释放等都会对结构几何参数产生影响,长期使用操作精度会不断降低。因此,当无人操作机械臂在执行高精度操作或维护时,应进行自主标定以提高操作精度。提出了一种基于多标识点的在线自标定方法,用固定在机械臂末端的相机测量1～3个标识点,形成非稳态多传感器手眼系统。针对系统存在的运动误差和传感器测量误差,提出了高斯运动(GM)方法,建立了可行的标定模型,并将线性二次型调节器(LQR)控制与扩展卡尔曼滤波(EKF)相结合,实现了误差影响下的标定运动轨迹跟踪。同时,在视觉系统存在测量误差和标识点非稳态识别造成间歇信号反馈时,为了形成高精度、稳定的信号采集,提出了基于蒙特卡罗方法,根据测量点方差筛选最优测量点。为了更加契合机械臂几何误差形态,采用了DH增广模型,一次逼近30个模型参数。基于中国空间站的生命科学手套箱机械臂的数据比较分析和试验结果证明了所提方法的有效性和可行性。

榜眼

如厕智能轮椅并联调节机构的设计与分析

燕山大学机械工程学院的史小华等针对下肢运动功能障碍患者行动受限和无法独立如厕的难题,开发出一款同时解决代步和如厕功能的智能轮椅。在分析如厕过程中起坐规律的基础上,提出一种含耦合支链的平面两自由度并联机构,实现乘坐高度和坐-站姿态调节,并通过考虑椅面高度和倾角范围的可量化评价函数确定机构关键连杆尺寸。为进一步认识此并联机构特性,进行运动学、静力学分析并完成零部件选型和整体设计工作。针对动平台末端理想轨迹需要两个驱动增加结构复杂性和占用便器空间的问题,提出利用加权平均函数寻找水平动滑块最优固定点的方法,实现单独驱动方式即可使末端实际轨迹贴近理想轨迹。试验结果表明该方案高度调节范围为290～550mm能适应不同规格便器,并能在不同高度下完成如厕过程中坐-站姿态变换,满足了患者自主如厕和代步需求。

状元

知识图谱在智能制造领域的研究现状及其应用前景综述

浙江大学计算机辅助设计与图形学国家重点实验室的张栋豪等指出数据和知识是新一代信息技术与智能制造深度融合的基础。然而,当前产品设计、制造、装配和服务等过程中,数据及知识的存储大多以传统关系型数据库为基础,这导致了数据及知识的冗余性和搜索及推理的低效性。近年来,知识图谱技术飞速发展起来,它本质上是基于语义网络的思想,可以实现对现实世界的事物及其相互关系的形式化描述。该技术为智能制造领域数据及知识的关联性表达和相关性搜索推理问题的解决带来了可能性,因此其在智能制造的实现过程中扮演着越来越重要的角色。为了给知识图谱在智能制造领域的应用提供理论支撑,总结了知识图谱领域的研究进展;同时探索了知识图谱在智能制造领域的3大类应用方向,共15小类应用前景,分析了在各个应用前景上与传统方法的不同之处,应用过程中所需要使用的知识图谱相关技术以及实施过程中所待突破的关键技术,希望可以为进一步展开针对知识图谱在智能制造领域的研究提供启发,同时为相关企业针对知识图谱的实际应用提供参考;最后以数控车床故障分析为案例,验证了知识图谱在智能制造领域应用的有效性。

编辑：李楠校对：张强