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基于信息物理融合和数字孪生的可靠性分析

吉林大学学报（工学版） 2022年第2期52卷 439-449页

作者：宋林王立平吴军关立文刘知贵攀枝花学院智能制造学院四川攀枝花617000 西南科技大学信息工程学院四川绵阳621000 清华大学机械工程系北京100084

针对实际应用中缺乏统一集成的用于数控装备可靠性分析的信息物理融合系统框架和算法实现,本文提出了一种基于数字孪生的方法,研究了具体的框架搭建和算法实现。通过数据采集、数据处理、数字孪生模型训练和评估、模型调试和优化、模型... 详细信息

针对实际应用中缺乏统一集成的用于数控装备可靠性分析的信息物理融合系统框架和算法实现,本文提出了一种基于数字孪生的方法,研究了具体的框架搭建和算法实现。通过数据采集、数据处理、数字孪生模型训练和评估、模型调试和优化、模型在线部署、可靠性分析、预测性维护7步序列化的工作流程实现了从物理层到信息层再返回物理层的闭环控制。通过数控装备主轴回转误差预测可靠性实验验证了该信息物理融合框架的可行性和有效性,该框架和算法能够对数控装备进行可靠性分析,有助于支持更有效和科学的预测性维护。

关键词：机械制造及其自动化数字孪生数控装备可靠性分析深度学习信息物理融合

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基于关键点估计的抓取检测算法

计算机工程与应用 2022年第4期58卷 267-274页

作者：关立文孙鑫磊杨佩清华大学机械工程系北京100084 电子科技大学机械与电气工程学院成都611731

抓取是机器人在服务与工业领域中进行人机协调的重要能力,得到一个准确的抓取检测结果是机械臂能否完成抓取任务的关键。为了提高抓取检测的准确率以及实时性,提出了一种由CenterNet改进的基于关键点估计的抓取检测算法。在网络的特征... 详细信息

抓取是机器人在服务与工业领域中进行人机协调的重要能力,得到一个准确的抓取检测结果是机械臂能否完成抓取任务的关键。为了提高抓取检测的准确率以及实时性,提出了一种由CenterNet改进的基于关键点估计的抓取检测算法。在网络的特征提取层使用了特征融合方法融合不同的特征图,减少特征的丢失;增加了角度预测分支用来预测抓取角度;使用了改进的Focal Loss,减少由于正负样本不均衡导致的模型准确度降低。与基于锚框的抓取检测算法穷举目标潜在位置再进行回归的方式不同,基于关键点估计的抓取检测算法直接预测抓取关键点,并从关键点预测抓取框的尺寸、偏移量以及抓取角度。实验结果表明,与基于锚框的抓取检测相比,该方法更加高效、准确、简洁。在康奈尔数据集上,此模型达到了97.6%的准确率以及42 frame/s的检测速度。

关键词：关键点估计抓取检测目标检测深度学习康奈尔抓取数据集

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结合知识图谱的行业知识库构建方法研究

制造技术与机床 2022年第8期 74-80页

作者：王得强吴军关立文清华大学机械工程系北京100084

首先阐述了机器学习和知识图谱的相关概念以及在行业知识库建设中的应用情况和地位,然后结合典型算法介绍了机器学习常见的模型,为提高行业知识库中知识的关联性并降低冗余性,引入了行业知识图谱及其构建相关的新技术方法,进而引出了对... 详细信息

首先阐述了机器学习和知识图谱的相关概念以及在行业知识库建设中的应用情况和地位,然后结合典型算法介绍了机器学习常见的模型,为提高行业知识库中知识的关联性并降低冗余性,引入了行业知识图谱及其构建相关的新技术方法,进而引出了对于行业知识库构建方法的研究,结合智能知识库展示了知识图谱的创新性应用,即利用知识图谱为知识库的搜索和推荐功能提供技术支持,同时通过知识图谱对领域知识进行更加直观地展示。最后,结合行业知识库的建设工作对机器学习和知识图谱在其中的作用发挥进行了更深一步的阐述和总结。

关键词：知识图谱机器学习深度学习自然语言处理知识库

基于改进Zernike矩的亚像素钻铆圆孔检测方法

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清华大学学报（自然科学版） 2019年第6期59卷 438-444页

作者：陈璐关立文清华大学机械工程系北京100084

在机器人自动钻铆系统中,高精度的圆孔视觉测量技术对制孔的定位精度和质量检测具有重要作用。为了提高钻铆基准孔和连接孔几何参数的视觉检测精度,该文首先基于Canny算子获取像素级边缘点集,实现圆孔中心坐标的粗定位;其次提取待测圆... 详细信息

在机器人自动钻铆系统中,高精度的圆孔视觉测量技术对制孔的定位精度和质量检测具有重要作用。为了提高钻铆基准孔和连接孔几何参数的视觉检测精度,该文首先基于Canny算子获取像素级边缘点集,实现圆孔中心坐标的粗定位;其次提取待测圆孔所在的感兴趣区域,利用4个Zernike正交矩准确推导了三灰度过渡模型的边缘参数;然后通过判断边缘参数和阈值的关系,计算圆孔边缘点的亚像素坐标;最后根据最小二乘原理实现圆孔中心坐标和半径的高精度检测。仿真结果表明,该算法的圆心坐标相对误差在0.01像素范围内,半径的相对误差精度为0.1像素。稳定性和抗噪性实验表明,该算法适应于不同尺寸的圆孔,并且对噪声的敏感程度较低。因此,该算法有效提高了钻铆圆孔参数的检测精度,在机器人钻铆视觉测量系统中具有重要意义。

关键词：亚像素边缘检测 Zernike 视觉测量机器人钻铆

锻造操作机相似模型逆动力学建模与非线性控制器设计

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机械工程学报 2010年第11期46卷 55-61页

作者：关立文程宁波清华大学精密仪器与机械学系北京100084

锻造操作机是自动化锻造作业当中不可缺少的重要装备之一,在提高生产效率、保证加工质量等方面发挥了重要作用。为了提高锻造操作机的工作性能,针对某一型号的锻造操作机设计相似机构以便于开展试验研究。针对此相似机构,采用虚功原理... 详细信息

锻造操作机是自动化锻造作业当中不可缺少的重要装备之一,在提高生产效率、保证加工质量等方面发挥了重要作用。为了提高锻造操作机的工作性能,针对某一型号的锻造操作机设计相似机构以便于开展试验研究。针对此相似机构,采用虚功原理方法建立其逆动力学模型。为减小机构动力学非线性对响应性能的影响,采用动力学前馈方法将钳杆按期望轨迹运动时所需的驱动力分配给各液压缸驱动单元,并以液压缸驱动单元位置动态性能的提高来改善钳杆的位姿跟踪性能。为此,考虑液压系统的非线性,利用反馈线性化方法将液压缸驱动单元转化为一个二阶线性系统,通过4个参数的设定来确定液压缸驱动单元的自然频率及阻尼比以及改善系统的动态响应过程。仿真结果表明了这种控制方法的有效性。

关键词：锻造操作机动力学前馈控制非线性控制液压伺服控制

基于遗传算法并联机床电机伺服系统控制参数整定

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清华大学学报（自然科学版） 2010年第11期50卷 1801-1806页

作者：郝齐关立文王立平清华大学精密仪器与机械学系北京100084 陆军航空兵学院直升机机械工程系北京101123

并联机床电机伺服系统控制参数的整定是后续并联机床动力学控制研究的基础。该文作者在提出基于时域特性和动态特性PID参数优化指标的基础上,利用遗传算法分别对伺服系统的速度控制环和位置控制环的多个控制参数进行优化整定,并与传统的... 详细信息

并联机床电机伺服系统控制参数的整定是后续并联机床动力学控制研究的基础。该文作者在提出基于时域特性和动态特性PID参数优化指标的基础上,利用遗传算法分别对伺服系统的速度控制环和位置控制环的多个控制参数进行优化整定,并与传统的Ziegler-Nichols调节法则得到的整定结果进行比较分析。在此基础上,又尝试利用遗传算法对多个控制器的控制参数进行同步优化,并得到了理想的优化结果。最后,将上述优化结果加入到并联机床运动学控制模型中进行实验仿真。仿真结果表明,采用遗传算法对伺服系统多环路控制参数进行优化整定,具有计算过程简单、整定速度快和优化结果好等显著优点。

关键词：自动化系统遗传算法伺服系统控制参数 PID整定

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动态飞行模拟器实时运动规划算法

清华大学学报（自然科学版） 2015年第7期55卷 709-715页

作者：关立文刘慧付萌清华大学机械工程系北京100084

动态飞行模拟器是一种以离心机作为运动平台的持续过载模拟设备,其运动规划直接影响过载模拟精度。该文主要针对动态飞行模拟器实时运动规划问题进行研究,建立了过载模拟模型,分析了卸载段动态飞行模拟器运动参数无法计算的原因,在此基... 详细信息

动态飞行模拟器是一种以离心机作为运动平台的持续过载模拟设备,其运动规划直接影响过载模拟精度。该文主要针对动态飞行模拟器实时运动规划问题进行研究,建立了过载模拟模型,分析了卸载段动态飞行模拟器运动参数无法计算的原因,在此基础上提出了基于2维插值法的实时运动规划算法,解决了动态飞行模拟器实时运动规划问题。为了验证算法的准确性,分别针对纯z向梯形过载曲线和3轴过载曲线进行模拟仿真,分析算法对过载模拟误差的影响。仿真结果表明:模拟过载能较好地跟踪理论过载,算法具有较好的准确性和实用性。

关键词：动态飞行模拟器运动规划过载模拟 2维插值

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广义机械系统概念设计模型与关键问题

计算机集成制造系统-CIMS 2002年第5期8卷 337-341页

作者：关立文黄洪钟赵宏清华大学精密仪器系北京100084 大连理工大学机械工程学院辽宁大连116023

研究了概念设计过程的发展 ,归纳出瀑布模型、原型模型和喷泉模型三种模型 ,并提出了平面螺旋模型。为便于计算机实现 ,提出了设计方案生成的空间螺旋模型。详细讨论了概念设计的设计要求、初始方案生成等关键问题 ,强调设计要求分析要... 详细信息

研究了概念设计过程的发展 ,归纳出瀑布模型、原型模型和喷泉模型三种模型 ,并提出了平面螺旋模型。为便于计算机实现 ,提出了设计方案生成的空间螺旋模型。详细讨论了概念设计的设计要求、初始方案生成等关键问题 ,强调设计要求分析要注意功能的条件性和主次关系。与以往功能分解和功能匹配呈明显先后顺序、相互割裂不同 ,提出了功能分解与功能匹配是呈螺旋上升交替进行的观点。最后通过油田修井机系统设计实例。

关键词：广义机械系统概念设计模型

重载混联机床智能加减速控制算法对驱动力的影响

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清华大学学报（自然科学版） 2009年第11期49卷 1770-1773,1778页

作者：郝齐关立文王立平清华大学精密仪器与机械学系北京100084 陆军航空兵学院直升机机械工程系北京101123

在重载并联机床中,智能加减速控制算法对于驱动力的影响是显著的,但却很少被注意到。该文以一种重载混联机床中的二自由度并联机构为研究对象,利用虚功原理构建机构的动力学模型,通过实验仿真分析不同智能加减速控制算法对并联机构运动... 详细信息

在重载并联机床中,智能加减速控制算法对于驱动力的影响是显著的,但却很少被注意到。该文以一种重载混联机床中的二自由度并联机构为研究对象,利用虚功原理构建机构的动力学模型,通过实验仿真分析不同智能加减速控制算法对并联机构运动输入端驱动力的影响,并针对当前通用的S型加减速控制算法分析仿真,得到重载特性对机床控制的影响因素,最后对现有的S型加减速控制算法进行参数优化。结果表明,优化后的S型加减速控制算法在不影响表面加工质量的前提下,减小了机床在运行过程中的对电动机驱动力的要求。

关键词：制造用设备混联机床智能加减速度控制算法 S型速度控制算法