摘要：调度问题广泛存在于资源共享型系统中,大多数的调度问题都属于混合整数规划问题.大规模混合整数规划问题是计算科学领域中的NP-hard经典问题之一,一般认为无法用精确计算求解.生产调度是调度的一个重要分支,是实现智能制造关键环节之一.针对多品种变批量柔性作业车间调度问题,以最小制造期为优化目标,设计了一种基于Petri网的异步并行蚁群算法,其中:提出了一种基于Petri网的步可达图构造方法,用于蚁群算法解空间的构造;探讨了传统蚁群算法搜索机制,并给出了一种基于异步仿真时钟的蚁群并行搜索方法;仿真结果表明,多线程控制方法可以有效地避免算法的早熟收敛问题.将所提出的算法应用于某安防件智能制造系统的柔性作业车间调度中,降低了系统的总制造时间,获得较好工程效果的同时验证了算法的有效性.

摘要：针对未来微创手术操作臂的发展需求,提出了一种利用负压原理来增强离散结构间相互作用以实现柔性手术操作臂刚度调节的方法。据此设计制作了可包覆于管状柔性手术臂外表面的气动型多层纤维束编织结构,可通过抽真空使被密封的纤维束夹层内产生负压,增大轴向交错叠加的纤维丝之间的挤压力与摩擦力,从而起到刚度增强的作用。研究了大变形手术臂抗弯刚度的半解析计算方法。开展了该变刚度柔性手术臂结构性能的试验研究,探索了真空度、纤维丝结构参数(丝径和纤维丝表面粗糙度)、封装膜厚度及纤维层截面等因素对手术臂刚度的影响规律,为柔性手术臂的变刚度设计、优化提供了依据。

摘要：为系统研究精密机床进给系统热误差的形成机理及其影响因素,提出了一种考虑结构热变形的进给系统热误差建模方法。在考虑进给系统内生热源及冷却系统对丝杠螺母副的温升和丝杠热变形作用机制的前提下,同时考虑了进给系统内生热源对精密机床结构大件(床身、立柱、溜板)热态特性的影响规律。通过分析结构热变形引起的进给系统电机座和轴承座相对位置的变化,建立了综合考虑结构大件和丝杠热变形的进给系统热误差模型。以JIG630精密卧式加工中心为例,进行了考虑结构热变形和不考虑结构热变形的进给系统热误差建模与仿真分析,并开展了相应的测试验证实验。结果表明考虑结构热变形的进给系统热误差模型仿真值与实验结果具有更高的一致性。该建模方法对精密机床进给系统热平衡设计、热误差的控制与补偿具有重要参考意义。

摘要：设计并实现了基于轮廓最优圆逼近方法的轮廓误差估计模型,该模型克服了常规方法对于任意加工曲线,廓误差计算过程复杂、计算量大、难以应用到实时任务的缺点,通过实时读取数控机床的位置反馈值和插补器的指令数据估算出轮廓误差值,结合双模糊变论域自适应控制算法,应用于两轴数控系统并实时补偿各单轴控制器,实现对复杂加工过程轮廓误差实时估算并补偿。在实验数控机床上加工两种典型轮廓,对比实验表明,所提出的基于轮廓最优圆逼近方法的双模糊变论域轮廓误差控制方法能有效减小加工轮廓误差,有更高的轮廓精度。

摘要：机器人机构逆运动学分析是开展其性能建模和优化设计的基础.然而,现有并联机构运动学逆解方法主要是针对给定位姿下驱动关节运动变量的求解,而对于非驱动关节运动变量则需基于机构的几何特性,通过反复迭代消元计算获得,因而难以形成代数化求解流程和数字化分析软件.针对上述问题,提出一种基于有限旋量的并联机构全关节位置逆解求解方法并开展其数字化软件研发.首先,提出并联机构全关节位置解求解流程,构造并联机构末端及其支链的初始位姿,利用有限旋量建立运动方程,并通过数值方法对运动方程进行求解.以一类两转动并联机构4RSR-SS为例,计算各支链的全关节位置解,并与仿真结果对比验证解的准确性.然后,在此基础上,建立全关节位置解的数字化算法,基于B/S架构开展并联机构运动学分析软件开发,构建运动学逆解、轨迹仿真和工作空间等功能模块,通过对3-PRS并联机构的全关节逆运动学分析验证软件的有效性.最后,从冗余参数、方程数目等方面与现有方法进行比较.提出的全关节逆运动学分析方法的优点在于:可构建简洁的运动方程并同时求解给定目标位姿下的所有关节变量,避免冗余参数和计算;涉及的所有步骤均可利用代数运算求解,有利于实现并联机器人机构逆运动学分析的数字化.

摘要：阐述了以信息化技术贯穿产品的全生命周期,将产品的设计转移到可适应设计平台上,基于CAD/CAE/CAM/PDM与广义模块化设计思想,以静态的产品结构和动态的产品设计流程为主线,将产品设计生产的每一个细节都变成可重复调用和修改的信息化模型。从而实现产品的快速可适应设计,响应市场需求。

摘要：开放式结构产品(OAP)对制造系统的规划和实施提出了更高的要求。车间环境下制造过程具有高度动态性与时变性,须考虑车间环境下的不可预测性。针对以机床故障为代表的异常事件扰动问题,提出了基于队列控制的调度执行机制,不仅可以保障在车间系统不发生扰动时按照预定调度计划安排各工序制造,还可以在发生扰动时实时修正队列参数保证车间系统运行的可靠性。针对机床故障信息不完备的实时调度问题,提出了基于自动机模型的车间异常事件监测方法和基于多代理模型、队列控制调度执行机制的实时调度方法。在标准算例实验中最早完成加工规则(ECP)和剩余工序最多规则(MWR)的组合规则得到方案的平均偏差百分比PD为4.591%,更接近于理论最优解。工程应用实验证明了基于多代理模型、队列控制调度执行机制的实时调度方法是一种基于车间事件监测基础上的完全分布式的协调与决策方法,能够兼顾车间调度的实时性和调度结果的质量要求。

摘要：机器人辅助微创外科手术技术将传统微创外科手术的床旁操作方式转化为基于人机系统的遥操作方式,为外科医生带来了新的挑战.作为该系统中最重要的控制环节,医生的操作技能水平将直接决定整个机器人系统的运动性能,并对手术质量与疗效起到决定性的作用.目前,机器人操作技术的培训与评估主要依靠专家的主观判断,因此,如何从医生进行机器人操作所表现出来的运动特征中有效识别出其技能水平,为医务人员在机器人辅助微创外科手术培训及操作技能评价方面提供公正、客观的理论指导,对研究和改进机器人系统控制方法、帮助医务人员提高手术操作技能、确保手术操作的规范性和安全性方面具有十分重要的作用.本文使用了一种基于EM-GRA方法的机器人辅助微创外科手术操作技能评价方法,以“MicroHand S”机器人系统作为应用平台,简要地阐述了人机操作下的控制策略,并在此基础上构建了机器人操作技能评价模型,采集不同实验人员进行设定实验任务时机器人末端执行器输出的运动特征参数进行分析处理.通过与专家打分结果的相关性分析验证了指标的有效性,使用熵值法(entropy method,EM)确定各评价指标的权重,然后结合灰色关联分析(gray relation analysis,GRA)计算医生的最终得分与薄弱指标增长空间.最终实验结果表明,该评价模型指标与专家打分具有相关性,可有效识别出不同操作人员的水平差异和薄弱点,从而验证了该评价方法的可行性.

摘要：为解决航空航天制造领域面临的关键问题以及提高机床行业的服务能力,机床行业提出建设航空航天制造领域高档数控机床创新能力平台。总结了创新平台的基础装备制造及高档数控机床的四个方面研究进展,包括电主轴单元技术(高速主轴刀柄刀具系统动力分析、数字化仿真和样机模态验证分析)、机床设计(直线轴进给系统刚柔耦合机电耦合动力学、多轴联动与高速五坐标混联加工装备、摆动/回转进给系统的机电耦合动力学模型验证分析、MTC1000镗铣磨复合加工中心结构创新设计)、机床控制(高速启停残留振动抑制技术验证分析)和机床验证(航空航天结构件高速加工现场的数据采集、映射与存储技术分析)。最后展望了基础装备制造和高档数控机床的发展方向。

摘要：运动学分析是并联机构性能分析、建模和优化设计的基础。传统的运动学分析方法中并联机构的拓扑模型与速度模型只能单独构建,无法揭示其内在联系,导致运动学模型的构建不够全面和准确;另外,以现有运动学性能指标作为运动学优化目标时,存在平转耦合机构运动学评价指标的物理意义不明确等问题。为此,以一平动两转动(1T2R)的Exechon并联机器人为研究对象,利用有限和瞬时旋量(finite and instantaneous screw,FIS)理论对其拓扑、运动学建模进行研究。根据FIS理论中的微分映射关系,在统一的数学框架下建立Exechon并联机器人的拓扑模型和速度模型,得到其速度和力雅克比矩阵。在此基础上,以可解析分析机构运动奇异性的虚功率传递率作为运动学性能指标,来有效评价Exechon并联机器人的运动/力传递性能。给定一组Exechon并联机器人模型的尺寸参数,借助MATLAB分析该机器人的局部虚功率传递率分布情况。研究结果为并联机构的性能分析与建模提供了参考,为Exechon并联机器人的优化设计奠定了理论基础。