基于图像边缘与Hough变换的振动位移测量方法

为了解决振动位移测量场合受限于传感器的安装空间，以及其本身质量对测量精度的影响，课题组提出了一种基于视频图像的振动测量方法，建立了图像边缘检测结果与目标物体位移之间的联系。由于使用经典Canny算法进行图像测量时，其图像边缘会出现不连续或虚假的情况，因此采用图像灰度与Hough变换相结合的方法，提高其测量精度。为验证该方法的有效性，搭建了箱体模型（目标物体）进行振动实验；并将经典Canny算法得出的结果及文中提出的视频图像测量的结果与传感器测得结果进行比较。实验结果表明，提出的方法相比使用经典Canny算法进行图像测量时精度提高了大约12%，且具有测量简单和测量范围灵活等优点。该方法为测量环境受限的场地提供了一种新的思路。     

基于调制函数的振动力学模型全参数估计

为提高振动力学模型的精度，课题组对振动力学参数展开研究。基于经典系统力学模型通过在定义域内进行级数展开，重构动力学模型；应用分部积分法及引入调制函数将微分问题转化为关于加速度的积分方程，以便于获取加速度信息作为输入；采用最小二乘法估计刚度、阻尼值，应用雅克比正交级数来表示未知力，从而实现动力学模型全参数的估计。通过估计值和真实值对比验证了课题组所提出的估计方法的准确性。该方法可实现未知参数下的动力学建模，具有一定工程应用价值。     

基于机器视觉的零件圆心距在线测量系统设计

为了实现精密零件尺寸在线检测的智能化与高精度，课题组设计了一种基于机器视觉的尺寸检测系统。该系统利用OpenCV实现算法设计，基于Canny边缘检测，结合Zernike矩实现亚像素边缘提取，利用最小二乘法实现圆心拟合。在QT平台上，基于OpenCV结合C++完成测量系统的界面开发。检测结果表明：该测量系统精度能达到0.01 mm，能够满足当前项目需求。该测量系统具有一定的工程实用性。     

基于正切函数的压电驱动磁滞建模及其控制

压电陶瓷驱动器具有迟滞、蠕变等非线性特性,降低了微纳米定位平台的精度,因此,课题组通过建立压电陶瓷微位移驱动器的磁滞模型以提高精密定位系统的控制精度,并且设计有效的控制系统加以实验验证。课题组建立了基于正切函数的磁滞模型,将磁滞模型串联在系统中,成功抑制了系统的磁滞效应。在控制系统设计中,采用了逆模型控制、PID控制和PID+前馈控制3种控制策略对微位移实验平台进行控制,验证了模型的精确性和可行性。[JP2]通过对比分析实验结果可得：实验中的3种控制策略均能有效控制微位移平台的运动,其中以PID+前馈控制的控制效果最为优秀。     

大载荷货梯曳引系统振动研究

为探究大载荷货梯曳引系统的非线性时变振动问题，课题组构建了一种针对货梯曳引系统的非线性动力学模型。该模型综合考虑了钢丝绳、导轨支架系统的时变刚度及承重梁的刚度，对动力学影响较小的因素进行简化；运用Runge Kutta法进行求解并进行了实验验证，分析了货梯不同疏密度的导轨支架对轿厢振动的影响；分析了货物堆叠跌落对曳引系统强度的影响。结果表明：实验所测最大振动加速度与仿真分析数据吻合良好，加速度最大数值误差小于10%，验证了简化模型的准确性；货梯最大应力值随着运行高度的上升而增大，最大为130 MPa，安全系数随着高度增加逐渐减小至5.90，远远小于曳引绳最小安全系数20.94。课题组所提出的方法能较好地反映大载荷曳引系统货梯的振动特性。     

一种多功能单跨梁振动实验系统

为研究梁的振动问题,开发了一种多功能单跨梁振动实验系统。该振动实验系统主要由底座、支座、激振器、位移传感器、力传感器和数据采集处理系统6部分组成。通过更换支座可以实现简支梁、悬臂梁、一端固定一端铰支、两端固定梁等多种形式梁实验,并且可以通过更改激振器位置,实现不同位置加载。测得了几种典型正弦激励荷载作用下梁振动时程曲线和3根悬臂梁的固有频率,并与有限元数值模拟值进行比对。结果表明:梁的振幅和固有频率实验值与有限元数值模拟值吻合较好,具有较高的精度。该振动实验系统可用于土木工程中梁振动、模态分析等课程的实践教学,也可用于梁振动基础理论的研究。通过一定的设置,也可以实现随机振动实验。     

多点接触粘滑驱动微动平台复合运动模型构建

为了精确模拟基于多点接触粘滑驱动原理的微动平台动态微位移输出，验证粘滑驱动原理在微动平台应用的可行性，课题组基于4稳态电磁执行器的粘滑驱动微动平台，建立了一种复合动态模型。该动态模型包含4个子动态模型,即磁力计算模型、LuGre摩擦模型、碰撞反弹模型和质心偏移模型；课题组在此基础上搭建了实验平台，研究了不同驱动电流对微动平台动态输出位移影响。结果表明：复合动态模型模拟动态位移输出与实验输出趋势基本一致，验证了所提出和建立的复合动态模型的有效性。     

稠油油井出砂监测室内模拟研究

针对海上稠油油井出砂监测装置进行了研究， 设计了一种室内稠油出砂监测实验系统， 并研制了易于传感器感受出砂振动信号的一次仪表装置， 研发了出砂信号采集分析系统。出砂监测过程中利用压电加速度传感器识别砂粒撞击一次仪表引发的高频振动信号， 采用动态信号处理方法对出砂信号进行时域和频域分析等。在实验室条件下， 进行了不同含砂量的稠油 （黏度大于 100 mPa·s） 出砂监测实验， 取得了非常好的效果。实验结果表明： 在砂样粒度、 携砂流速等固定的条件下， 随着含砂量的增加， 出砂振动信号的均方根值、 功率谱幅值、 方差值等信号特征值不断增大。     

基于小波分析旋转机械转子振动信号的相位测量

旋转机械的转子振动信号相位测量系统的硬件电路存在着较大的测量误差。其主要原因是电路结构较复杂,易受外界噪声干扰。基于小波分析方法,本文提出一种硬件电路与软件计算相结合提高测量精度的方法。利用偶对称性小波对采集到的转子振动信号变换处理,可以有效地去除A/D转换中叠加的采集噪声以及谐波噪声。并利用二阶牛顿插值公式求取峰值点的位置,对其进行相位测量。仿真计算表明:该方法能有效降低测量误差,提高相位测量的精确度。     

基于位姿调整的晶圆传输机器人轨迹规划

为了提高晶圆传输机器人的运行效率和运动平稳性，课题组基于末端执行器的位姿调整对晶圆传输机器人进行了轨迹规划研究。首先，介绍了晶圆传输实验平台的机构组成，在此基础上采用了动静法对晶圆受力进行分析，得出加速度与位姿角度之间的内在关系；其次，提出了一种基于位姿调整的S曲线加减速控制算法，并基于该算法实现了对末端执行器的轨迹规划；最后，采用MATLAB软件编程，实现了关键参数的求解和算法仿真，得到了加速度、速度、位移随时间变化的曲线图。应用结果表明此轨迹规划可以在保证高度运动平稳的情况下提高晶圆传输机器人的工作效率。     

精密硅片磨床的故障诊断

当精密硅片磨床处于空载和模拟工作两种工况时，在磨床多点进行位移、速度、加速度的测试。根据故障诊断的相关函数分析方法，应用ＣＤＭＳ信号处理故障诊断与振动分析系统，从理论和实验两个方面分析，推断出该设备工件台平面轴承为主要故障所在。     

基于少自由度主动支链的2R1T并联机构

针对空间串联机构的工业机械臂在执行加工操作任务时，普遍存在刚度强度较差、重复精度较低、能耗较高等缺点。基于3条少自由度主动支链，课题组设计了一种具有2R1T自由度的2 RPU/RPS并联机构。计算并验证了2 RPU/RPS并联机构的自由度，获得了解析形式的位置逆解，证实了该机构仅可能发生运动学正解奇异；依据课题组提出的基于边界数值搜索法的工作空间求解流程，证实了动平台具有沿X方向约80°的较大姿态转动范围；通过SolidWorks虚拟运动仿真获得了2 RPU/RPS并联机构驱动位移变化曲线。仿真结果表明：机构各驱动位移变化曲线均波动较小且在合理取值范围，说明驱动器运转平稳、能耗较低。本研究可为基于并联机构的复杂曲面工件多轴加工装备研发提供有益的参考。     

基于5次非均匀B样条曲线的4自由度机器人轨迹规划

为降低工业机器人工作过程中的振动与冲击，减少磨损以延长使用寿命，课题组以某公司SCARA 4自由度机器人为研究对象，采用5次非均匀B样条曲线对其关节空间进行轨迹规划研究。利用弦长参数法和平均值法选取节点，将离散路径点作为型值点反解出B样条控制点；在端点处进行运动约束，通过指定的端点导矢，在MATLAB中进行仿真实验，并与5次多项式函数插值进行对比分析。分析结果显示：5次非均匀B样条插值出的机器人运行轨迹平稳连续，且各关节速度、加速度以及加加速度轨迹曲线亦光滑连续无突变。该插值方法可有效提高机器人工作的平稳性，非常适合于精确抓取和搬运领域。     

基于实现电磁感应原理测量位移的数字化

本文详细地讨论了基于电磁感应原理位移测量的数字化系统的具体实现,在该位移测量系统中,利用STM32芯片及外围数字/模拟电路给定尺加以稳定的且足够大的激励电流,滑尺感应的电流经积分电路积分及A/D转换对滑尺相对定尺的相对位移进行微米级位移的测量。     

机械振动对激光填丝焊接接头组织和疲劳性能影响

针对激光填丝焊接过程中存在气孔、飞溅、夹渣和疲劳性能差等缺点，课题组提出了基于机械振动技术的激光填丝焊接方法。课题组采用机械振动与激光填丝焊接相耦合的方法研究了机械振动对焊缝形貌、组织、力学性能和断裂机理的影响。结果表明：机械振动可以改善316不锈钢焊接接头，减少焊缝中的柱状晶，增加树枝晶和等轴晶，提高了焊缝硬度；3种振动频率下焊接接头的残余应力均较高，与振动频率0和524 Hz相比，1 055 Hz振动频率的焊缝残余应力更低；疲劳断口均呈解理断裂，但是与524 Hz振动频率相比，1 055 Hz振动频率具有更低的裂纹扩展率，更好的疲劳性能。     

精度温度测量系统设计

针对温度测量中精度偏低的问题,提出了一种基于铂电阻温度传感器PTIOO的高精度温度测量系统。介绍了铂电阻测量温度的原理;设计了四线制铂电阻的接线电路;设计了减弱外界干扰的电路;通过在软件中加入补偿值的方法提高测量精度。实验结果表明系统能够实现高精度的温度测量且稳定性好。该系统能够实现多数生产场合下的温度测量,操作简易,精度较高。     

基于速度环补偿的零力控制方法

针对当前零力拖动控制方法成本较高、系统复杂的缺点，课题组提出一种基于速度环补偿的零力控制方法，适用于小型机械臂的拖动示教。根据伺服电机励磁电流与力矩的线性关系，利用电流检测代替复杂的力矩传感器，并通过实验验证这一替代的可行性；设计一种模拟人手拖动单关节电机实验方法，运用控制变量法研究在外力拖动下关节电机转速与励磁电流之间的关系。实验结果表明外力不变时存在一个转速使励磁电流值最小，此时对应了需要的拖动力最小。本研究验证了基于速度环进行零力控制的可行性，为零力控制提供了新的思路。     

基于FIR滤波的拐角精确插补算法

刀具轨迹一般是由一系列直线（G01）或圆弧(G02)组成，为了实现路径之间的平滑转接和精确过渡，课题组提出了基于有限脉冲响应（FIR）的连续拐角精确插补算法。该算法利用FIR滤波器对速度脉冲进行滤波，生成刀具的拐角轨迹，通过调节滤波器重叠时间，精确控制拐角轮廓误差，利用过滤后脉冲生成加速度曲线的频谱，加速度曲线可以避免不必要的残余振动。通过实验与传统点对点（p2p）插补算法进行对比，课题组提出的算法加工时间减少了14.6%，加工效率明显提高。     

神经网络的滚动轴承故障诊断

文章通过旋转机械故障实验平台,采集旋转机械故障实验台轴承的3种工作状态分别是轴承正常、轴承内圈裂缝、轴承外圈裂缝的振动加速度信号.对信号进行零均值化处理后,选择频率成分幅值较大的频率进行信号重组,提取其时域量纲特征值,利用神经网络进行故障类型的识别；通过实验,取得了很好的诊断结果.     

电子秒表自动计时的研究

利用光电原理，对常用的计时工具——电子秒表实现自动控制，能有效地消除手动操作所带来的误差。它可广泛应用于对运动物体的速度、加速度的测量实验，还可用来验证牛顿第二定律、机械能守恒等物理实验，同时也适用于对时间测量精度要求较高的场合。