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基于数据融合与知识推理的机器人装配单元数字孪生建模方法研究

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机械工程学报 2024年第5期60卷 36-50页

作者：刘达新王科刘振宇许嘉通谭建荣浙江大学计算机辅助设计与图形学国家重点实验室杭州310027 设计工程及数字孪生浙江省工程研究中心杭州310027

目前机器人作业任务规划通常依赖于人为手动示教与离线编程,这往往需要操作人员花费大量的时间精力对机器人的操作流程进行定义与程序编写。为了进一步提高机器人装配作业任务规划的自主性和高效性,提出一种基于数据融合与知识推理的机... 详细信息

目前机器人作业任务规划通常依赖于人为手动示教与离线编程,这往往需要操作人员花费大量的时间精力对机器人的操作流程进行定义与程序编写。为了进一步提高机器人装配作业任务规划的自主性和高效性,提出一种基于数据融合与知识推理的机器人装配单元数字孪生建模方法,研究机器人装配单元从物理空间到虚拟空间的高保真映射,为后续机器人在数字孪生环境下的自主动态装配作业奠定基础。将机器人装配单元数字孪生模型分为机器人与工艺工装、产品以及机器人装配过程三个部分,并分别提出了基于虚实映射的机器人与工艺工装数字孪生建模方法、融合多源异构数据的产品数字孪生建模方法以及基于知识推理的机器人装配作业过程数字孪生建模方法,在此基础上实现机器人装配作业任务的快速规划和仿真验证。最后将所提方法应用在某款步进电机的机器人装配作业任务规划中,验证了提出的方法在实际应用场景下的有效性。

关键词：数字孪生工业机器人装配建模任务规划

近红外二区长波发射Na_(3)YSi_(3)O_(9):x Cr^(3+)硅酸盐及多格位占据光谱展宽

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物理学报 2024年第15期73卷 208-217页

作者：龚长帅王建通王渤文薛绪岩王雪娇渤海大学化学与材料工程学院锦州121013

以Cr^(3+)为激活剂的荧光粉被认为是目前最有可能实现商业化的近红外材料.但目前这类荧光粉的发射波长一般位于小于850 nm的近红外一区,以Cr^(3+)为激活剂实现近红外二区发射仍然具有挑战.本文采用普适的固相法制备了一系列Na_(3)Y_(1–... 详细信息

以Cr^(3+)为激活剂的荧光粉被认为是目前最有可能实现商业化的近红外材料.但目前这类荧光粉的发射波长一般位于小于850 nm的近红外一区,以Cr^(3+)为激活剂实现近红外二区发射仍然具有挑战.本文采用普适的固相法制备了一系列Na_(3)Y_(1–x)Si_(3)O_(9):x Cr^(3+)硅酸盐荧光粉,利用Na_(3)YSi_(3)O_(9)硅酸盐属性及结构中多种适于Cr^(3+)占据的八面体位点有效红移并展宽光谱.对样品的物相、晶体结构、微观形貌、光致发光、主发射峰衰减和热稳定性等进行了系统研究.结果显示,所制样品均为纯相,形貌不均匀略有团聚,尺寸在微米量级.Cr^(3+)在Na_(3)YSi_(3)O_(9)晶格中位于弱晶体场环境,八面体晶体场参数Dq和Racah参数B的比值Dq/B=2.29.在485 nm蓝光激发下Na3Y_(1–x)Si_(3)O_(9):x Cr^(3+)荧光粉最强发射峰位于984 nm处(NIR II区),长于大多数Cr^(3+)激活的荧光粉.且得益于Cr^(3+)在晶格中的多格位占据,发射光谱的半峰宽高达183 ***3Y_(1–x)Si_(3)O_(9):x Cr^(3+)中最佳掺杂浓度为3%,猝灭机理为Cr^(3+)离子间的偶极-偶极作用.Na3Y_(1–x)Si_(3)O_(9):x Cr^(3+)主发射峰荧光衰减动力学分析表明室温荧光寿命约为37.95μs,且随着掺杂浓度增大及温度升高(至423 K)逐渐降低.

关键词：硅酸盐 Cr^(3+) 宽带近红外多格位

基于扩展移相的ISOP-DAB变换器混合优化控制方法

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电工电能新技术 2024年第1期43卷 14-23页

作者：陶海军王宏祎杨乃通河南理工大学电气工程与自动化学院河南焦作454003 河南省智能装备直驱技术与控制国际联合实验室河南焦作454003

输入串联输出并联-双有源电桥(ISOP-DAB)变换器多应用于大功率高电压场合,为降低ISOP-DAB变换器的电流应力并提高系统的动态性能,本文提出一种基于扩展移相调制混合优化控制方法。首先分析在扩展移相下变换器的工作模式和功率模型,通过... 详细信息

输入串联输出并联-双有源电桥(ISOP-DAB)变换器多应用于大功率高电压场合,为降低ISOP-DAB变换器的电流应力并提高系统的动态性能,本文提出一种基于扩展移相调制混合优化控制方法。首先分析在扩展移相下变换器的工作模式和功率模型,通过拉格朗日优化算法获取电流应力最优的相移组合,并结合虚拟电压均衡控制方案,以应对负载突变或输入电压扰动状态,同时结合变换器的结构特征使用输入电压均值完成模块间功率的动态平衡。最后,将混合优化控制方法、基于单移相的虚拟功率控制和传统的扩展移相优化控制进行对比实验。实验结果证明了混合优化控制在功率均分的同时可以实现电流应力优化,提高能量传输效率,同时也显著地改善了变换器在扰动情况下的动态特性。

关键词： ISOP-DAB变换器扩展移相混合优化动态响应电流应力

基于变推进力的水下近端索驱动机器人结构设计及工作空间分析

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清华大学学报(自然科学版) 2024年

作者：武昊李国通李东兴唐晓强清华大学机械工程系清华大学机械工程系高端装备界面科学与技术全国重点实验室清华大学机械工程系精密超精密制造装备及控制北京市重点实验室

面向水下各方向远距离、大空间作业任务,提出一种基于变推进力机构的水下近端索驱动机器人。该机器人采用六索及螺旋桨混合驱动形式,螺旋桨推进力大小和方向均可变,可等效为1根绳索。首先,对该机器人进行结构设计,提出采用近端驱动模式... 详细信息

面向水下各方向远距离、大空间作业任务,提出一种基于变推进力机构的水下近端索驱动机器人。该机器人采用六索及螺旋桨混合驱动形式,螺旋桨推进力大小和方向均可变,可等效为1根绳索。首先,对该机器人进行结构设计,提出采用近端驱动模式,并引入可改变推进力方向的A、 B轴转角机构;其次,建立机器人的运动学与静力学模型,进一步针对推进力可变的特点提出一种基于二次规划的力可行工作空间计算方法;最后,对恒方向和变方向推进力下机器人的力可行工作空间进行分析。工作空间对比结果表明,推进力变向机构的引入使机器人的力可行工作空间显著增大,解决了已有水下多自由度机器人作业空间不足的问题。

关键词：水下装备索并联机构结构设计工作空间

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楔形歧管微通道流动与沸腾换热研究

化工学报 2024年

作者：冀昕宇张芫通杨小平魏进家西安交通大学化学工程与技术学院

为实现高热通量电子器件冷却，以HFE-7100作为工作流体，对三种楔形歧管微通道流动沸腾特性进行了实验研究，并与常规的矩形歧管微通道进行了对比。讨论了不同流量和过冷度条件下两种歧管几何形状和两种表面强化结构对沸腾传热系数、临... 详细信息

为实现高热通量电子器件冷却，以HFE-7100作为工作流体，对三种楔形歧管微通道流动沸腾特性进行了实验研究，并与常规的矩形歧管微通道进行了对比。讨论了不同流量和过冷度条件下两种歧管几何形状和两种表面强化结构对沸腾传热系数、临界热通量和流动压降的影响。结果表明：楔形歧管结构能够促进流型由搅拌流转变为环状流，并提高流体输送效率与蒸汽排放效率，从而在改善传热性能的同时降低流动压降。与微针翅结构相比，采用激光烧蚀的多孔表面提供了一种简单便捷的强化沸腾传热的方法，能够极大的拓展换热表面，提供大量的成核位点，显著提高CHF。将楔形歧管供液结构与多孔微通道相结合，歧管微通道平均两相传热系数提高了21.6%，临界热通量提高了30.4%，两相压降降低了12.7%，实现微通道散热器综合性能的显著提升。

关键词：微通道流动沸腾传热两相流综合性能

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歧管式射流微通道液冷散热性能

化工学报 2024年第5期75卷 1777-1786页

作者：刘帆张芫通陶成胡成玉杨小平魏进家中兴通讯股份有限公司广东深圳518057 西安交通大学化学工程与技术学院陕西西安710049

随着信息技术进步,芯片向大面积、高功率方向发展,对热管理提出了严峻挑战。微通道液冷能够解决高功率芯片散热难题,但传统平直微通道热沉流阻大、温度均匀性差。提出了一种耦合歧管式进出液结构、分布式射流和微针翅的新型歧管式微通... 详细信息

随着信息技术进步,芯片向大面积、高功率方向发展,对热管理提出了严峻挑战。微通道液冷能够解决高功率芯片散热难题,但传统平直微通道热沉流阻大、温度均匀性差。提出了一种耦合歧管式进出液结构、分布式射流和微针翅的新型歧管式微通道散热器,在平均热通量高于330 W/cm^(2)、总功率达到2500 W时,芯片平均温度低于70℃,实现了高效散热。通过数值模拟发现:降低散热器射流腔高度可显著强化传热,但整体压降也随之陡升,存在一个最佳射流腔高度;散热器底板的微针翅尺寸及其与射流腔的相对尺寸是新型歧管式微通道散热器的重要结构参数,微针翅的存在并不是绝对有益于传热强化。定义了微针翅与射流腔之间相对高度的无量纲参数——翅占比,存在临界翅占比使得阻碍效应和强化效应相抵消,当翅占比高于这一临界值时才能达到强化换热效果。本研究为新型歧管式微通道散热器的设计提供了指导。

关键词：微通道传热数值模拟湍流计算流体力学

计及能量互济的多区域综合能源系统多目标双层优化

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高电压技术 2024年第4期50卷 1426-1435,I0008-I0011页

作者：宋晓通孙艺刘欣博周京华李文博北方工业大学电气与控制工程学院北京100144 国网北京市电力公司海淀供电公司北京100089

多区域综合能源系统(integrated energy system,IES)的能量供需关系复杂,增加了系统规划及运行调度的难度。为此,提出了计及区域能量互济的多目标双层优化策略。其中,规划层选取年化总成本、㶲效率及年碳排放量作为优化子目标,并对子目... 详细信息

多区域综合能源系统(integrated energy system,IES)的能量供需关系复杂,增加了系统规划及运行调度的难度。为此,提出了计及区域能量互济的多目标双层优化策略。其中,规划层选取年化总成本、㶲效率及年碳排放量作为优化子目标,并对子目标赋予权重因子,建立多目标优化模型;调度层以日运行成本最低为目标函数,并计及区域能量互济的作用。分别采用线性权重递减的粒子群优化算法和整数线性规划方法求解规划及调度问题,实现了二者的协同优化。算例分析表明:双层优化策略将IES的运行特性纳入规划过程,提高了规划方案的可行性;应合理配置多目标优化的权重因子,以实现多目标的合理折中;区域能量互济能够优化IES的运行方式,提高综合效益。

关键词：多区域综合能源系统互联协同多目标规划运行优化权重因子

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磁性Fe_(3)O_(4)纳米粒子催化剂的制备及催化性能研究

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兵器材料科学与工程 2024年第3期47卷 58-62页

作者：姜姗姗王恩通吕梁学院化学化工系山西吕梁033000

为提升磁性催化剂的催化效率,研究磁性Fe_(3)O_(4)纳米粒子催化剂的制备及其催化性能。用四氯化钛、无水乙醇、氯化铁等分别制备磁基体Fe_(3)O_(4),以及Fe_(3)O_(4)与四氯化钛摩尔比为19∶1、9∶1、17∶3、4∶1的4种催化剂材料。将四硝... 详细信息

为提升磁性催化剂的催化效率,研究磁性Fe_(3)O_(4)纳米粒子催化剂的制备及其催化性能。用四氯化钛、无水乙醇、氯化铁等分别制备磁基体Fe_(3)O_(4),以及Fe_(3)O_(4)与四氯化钛摩尔比为19∶1、9∶1、17∶3、4∶1的4种催化剂材料。将四硝基苯酚、硼氢化钠等作为待催化材料,用不同催化剂进行催化还原试验,用紫外-可见分光光度计、振动样品磁强计等测试催化剂的磁性能和催化性能。结果表明:4种催化剂均呈现出一定的磁强度,催化1 min后转化率均较高。其中,摩尔比为4∶1的催化剂磁性能更强,矫顽力可达0.54 A/m,为4组催化剂中最高,其催化时间更短,催化速率较快,在8次循环催化后仍保持99%以上的转化率。

关键词：磁性Fe_(3)O_(4) 纳米粒子催化剂材料催化性能四氯化钛磁性能

基于自注意力机制和改进YOLOv5s的小目标生物检测

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湖南农业大学学报（自然科学版） 2024年第3期50卷 108-114页

作者：戚学通袁红春上海海洋大学信息学院上海201306

为了快速准确地检测出小目标生物(海参、扇贝、海星和海胆)在复杂水下环境的位置及所属种类,提出一种基于改进YOLOv5s的小目标生物检测算法。在特征提取阶段,引入基于多头自注意力设计的自注意力残差模块,强化网络全局建模能力的同时,... 详细信息

为了快速准确地检测出小目标生物(海参、扇贝、海星和海胆)在复杂水下环境的位置及所属种类,提出一种基于改进YOLOv5s的小目标生物检测算法。在特征提取阶段,引入基于多头自注意力设计的自注意力残差模块,强化网络全局建模能力的同时,强化目标特征信息;在特征融合阶段,将特征融合网络调整为添加横向连接的双向特征金字塔结构,增强网络融合不同阶段特征信息的能力;在检测阶段,舍弃大目标检测尺度并添加小目标的检测尺度,提升小目标生物的检测精度;最后,引入α–CIo U损失函数作为模型边界框回归损失函数,提高边界框回归精度,进而提高算法检测准确率。定性试验中,几乎所有肉眼可见的水产品目标都被改进模型检出,并正确标记,体现了改进算法的有效性。α值选取试验中,α值为2.0时效果最佳,平均精度均值(mAP)均优于其他值的,达到0.857,较α值为1.0时的提升了0.016。消融试验中,添加任一优化方法均会提升改进模型的检测精度,最终改进模型的m AP达0.873,较原模型的提升了0.032,模型参数量减少了26.8%,仅有5 M。对比试验中,改进模型的m AP较Faster RCNN、YOLOv3、YOLOv4、YOLOv5s、YOLOvX、SSD、NAS–FCOS、改进YOLOv5等的提升了0.020以上;改进模型在本地服务器的检测速度达139帧/s,较YOLOv5s的提升了14帧/s,略逊于以检测速度著称的SSD模型的。可见,改进模型能满足轻量和实时性要求。改进模型也成功部署到安卓移动设备中。

关键词：小目标生物检测 YOLOv5s 自注意力机制 α–CIo U损失双向特征金字塔移动设备部署