机械与电子

前列腺远心穿刺机构的设计与建模

贺辰宇,时运来,林志伟,龚美 — 2026年04月27 00:00

根据前列腺穿刺手术的需求,设计了一种具有远心不动点的3自由度穿刺机构,可实现穿刺针绕
穿刺点的俯仰、偏航、进给动作,以解决传统手术中医生手动穿刺带来的穿刺点偏移问题。首先,利用MD H
法建立运动学模型,求解机构的正运动学、逆运动学以及工作空间。其次,采用拉格朗日法建立等效动力学方
程,求解关节力矩理论值。最后,用ADAMS对穿刺机构的典型运动过程进行仿真分析,并研究了机构运行过
程中穿刺点的偏移情况。仿真结果证实了所建动力学模型的准确性,且穿刺点偏移量处于合理范围之内。该
研究成果为后续穿刺机构的轨迹规划、运动关节控制及穿刺偏移问题的研究提供了重要指导。

螺栓结构超声波传播特性分析

王其1,闫俊杰2,阚帆1,阮恒晋3,孙丽3,赵磊3 — 2026年04月27 00:00

基于声弹性效应,系统研究了在役风电螺栓结构中轴向应力对超声波传播特性的影响。通过
理论推导、有限元仿真与实验验证相结合,建立了双波检测的声时比轴向力数学模型,并分析了螺栓几何参
数(直径、长度)对超声波传播的影响规律。有限元分析结果表明,轴向应力增大导致纵波与横波渡越时间
显著延长。实验采用自主设计的换能器与标定系统对多规格螺栓结构进行多工况测试,验证了基于声时比
反演的轴向力测量法的准确性与工程适用性,为风电螺栓轴向应力的无损检测提供了可靠技术手段。

含涂覆层不锈钢废料LIBS光谱采集方法研究

张丽娟,陈蔚芳,罗星美,叶文华 — 2026年04月27 00:00

针对不锈钢废料回收中涂层干扰光谱检测的问题,提出了一种基于激光诱导击穿光谱技术的
涂覆层识别与击穿动态检测方法。该方法利用单点连续脉冲激发,通过监测涂层特征元素与基体铁元素的
相对强度变化,构建了基于滑动窗口统计特性的动态检测判据。在此基础上设定了标准差与均值比值小于
0.1和标准差变化率小于0.01的双重稳定性条件,实现了对涂层击穿时刻的自适应锁定。结果表明,含漆
层与含镀层样本分别在第31和第35个脉冲被精准判定击穿,此时相对强度波动指标低至0.062 7和
0.087 3,标准差变化量分别为-0.005 81和0.001 27,均满足稳定性条件。这验证了该方法能有效规避信
号波动干扰,为不锈钢废料的高效光谱采集提供了可靠的技术支撑。

低能耗低振动浮调海水泵装置研究

汪杰1,张容川1,李维嘉1,2 — 2026年04月27 00:00

为满足自主式水下航行器重量调控型浮力调节系统对低能耗、低振动运行性能的需求,研制了
一种具备负载自适应能力的低能耗海水泵装置。在低振动设计原则指导下完成了关键部件的选型与结构
参数的优化。针对其在不同负载工况下的动态特性,构建了基于容积控制原理的负载自适应控制策略,实
现了系统工作压力随外部负载变化而自动调整,显著减少了能耗。同时,设计了比例换向阀与伺服电机的
协同控制机制,实现了液压缸换向过程的精细控制,进一步降低系统的振动与冲击。通过仿真分析与样机
试验,在典型负载工况(0 MPa和10 MPa)下验证了该装置良好的负载自适应调节能力与运行平稳性。表明
其在深海环境下具备良好的工程应用潜力。

无人机边缘高性能计算终端热设计

赵晨阳,艾亚辉,雷金梅,杨一粟,徐春涛 — 2026年04月27 00:00

针对无人机平台对设备尺寸、重量、功耗与成本的严格限制,以及高算力芯片导致的热点集中
挑战,对无人机边缘高性能计算终端在机载环境下的高热流密度热设计问题进行了研究,分析了无人机边
缘高性能计算终端典型硬件架构的功耗分布特征以及不同散热方式的适应性。提出采用空气贯穿冷却与
热管均温相结合的轻量化低成本散热方案,通过优化风道布局与模块均温设计,实现在高温环境、终端算力
达992 TOPS@INT8条件下,将高性能计算模块芯片结温控制在允许温度范围内。结果表明,该热设计方
案在保障散热效能的同时,显著降低了系统复杂度与成本,为无人机边缘计算终端的高性能化提供了有效
的热管理路径。

基于全天空图像关键云图特征的小时内光伏功率预测

谢七月1,2,钟树红1,2,戴杨1,2,周育才1,付强1,2,王晓丽3 — 2026年04月27 00:00

针对天空云层变化导致光伏功率预测精度下降,以及现有基于全天空图像方法在关键云区特
征提取方面存在不足的问题,提出一种基于全天空图像关键云区特征提取的改进光伏功率预测方法。首
先,提取全天空图像关键云区特征与历史光伏功率特征以捕获扰动与时序信息;随后,采用双通道长短期记
忆网络(LSTM)分别编码过去与未来特征,并通过注意力机制实现高效融合;最后,引入逐步训练策略,并利
用常春藤算法(IVYA)优化模型参数。实测数据表明,所提方法优于空间卷积神经网络(SCNN)、Conv-
NeXt、双向长短期记忆网络(Bi LSTM)及Transformer等主流方法,其10 min预测性能取得EMAE 为
0.515 kW、ERMSE 为1.489 kW、R2 为0.967 8的结果。

基于CWT-MDFA 的轴承故障诊断方法

杨云1,王越寒1,丁磊2,陈磊1 — 2026年04月27 00:00

针对滚动轴承早期故障信号微弱、复杂特征难以全面捕捉,以及传统故障诊断方法存在特征提
取有限和故障检测准确率不高的问题,提出一种基于小波变换与多尺度空洞卷积轴承故障诊断方法。对原
始一维振动信号进行小波变换,经过小波函数转换成二维时频图。再构建改进的多尺度空洞卷积网络用于
增大神经网络感受视野,缓解特征提取时可能导致局部信息缺失的问题,并引入空间和通道注意力机制,应
对同一故障类型下不同损伤尺度时频图的敏感度问题。在CWRU 和JNU 轴承数据集上进行实验验证,并
在东南大学轴承数据集进行泛化实验。实验结果表明,所提方法能够准确分类轴承在不同故障状态的信
息,准确率可达99.07%,具有良好的泛化性和鲁棒性。

基于托辊裸露特征的输煤皮带跑偏检测方法

孙强1,刘广毅1,哈斯铁尔·艾列西1,蔡勇1,陈晓霄2,万书亭2,金从兵3 — 2026年04月27 00:00

为实现对复杂工业环境下带式输送机皮带跑偏的实时、准确检测,提出一种融合了改进YOLO11
轻量化语义分割模型与基于托辊裸露面积的工程友好型跑偏判别方法。改进YOLO11模型主干引
入C3k2 Edge模块,通过多尺度边缘特征提取与DSM 注意力机制,强化复杂背景下边缘感知能力;颈部设
计HS PAN 网络,融合自上而下与自下而上路径,提升特征融合与定位效率。在自建数据集与实际跑偏检
测实验上的结果表明,所提方法能够满足复杂工业场景下高精度、轻量化、实时的皮带跑偏检测需求,具备
良好的工程适用性。

矿用切带机主轴轴承故障诊断方法研究

陈万胜1,2,谭震1,高永军1,朱信龙1,刘杰1 — 2026年04月27 00:00

针对钢丝绳输送带切带机主轴轴承在低转速和高扭矩工况下故障振动信号微弱、噪声干扰强,
导致故障诊断困难的问题,提出一种基于复合滤波经验模态分解(CFEMD)与最优熵权混合校正
(OEWMC)并结合一维卷积神经网络(1D CNN)的智能诊断方法。首先,采用窗函数与低通滤波器构成的
复合滤波器对振动信号进行降噪处理。其次,通过经验模态分解(EMD)将信号分解为多个本征模态函数
(IMF)分量,依据其与原始信号的相关系数确定有效阶数,并构建全局特征矩阵与局部特征矩阵。然后,分
别计算2类矩阵的最优熵权及其表征向量,通过混合校正模型修正后,与分量权重融合形成综合表征值。最
后,将表征值序列输入1D CNN,利用卷积层自适应提取深层故障特征,经池化层压缩和全连接层分类,实
现高精度故障识别。实验结果表明,该方法对于钢丝绳输送带切带机主轴轴承在低速、高冲击、强噪声条件
下仍具有较高的诊断精度,准确度达到100%,且计算效率高、稳定性强与通用性好。