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基于“人-机-环”信息流的机器人手术系统研究与展望

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模式识别与人工智能 2024年第1期37卷 47-57页

作者：崔皓鑫王嵘郑楠章颂任瞳梁渝靖中国科学院大学人工智能学院北京100049 中国科学院自动化研究所多模态人工智能系统全国重点实验室北京100190 中国人民解放军总医院第六医学中心心血管病医学部成人心脏外科北京100853

机器人手术系统凭借微创、精细、灵活、无震颤等优势,在多个外科领域不断得到普及应用.然而,现有的机器人手术系统尚未充分发挥人和机器各自的优势,在智能化交互方面的表现有待提高.因此,文中首先从系统科学的角度分析机器人手术系统中... 详细信息

机器人手术系统凭借微创、精细、灵活、无震颤等优势,在多个外科领域不断得到普及应用.然而,现有的机器人手术系统尚未充分发挥人和机器各自的优势,在智能化交互方面的表现有待提高.因此,文中首先从系统科学的角度分析机器人手术系统中交互关系的发展,并从多方面提出当前人机交互的不足.然后,构建面向机器人手术系统的“人-机-环”信息流框架,以机器人辅助乳内动脉获取手术场景为例,梳理“人-机-环”各部分之间的复杂交互.最后,基于“人-机结合”理论,结合构建的“人-机-环”信息流框架,提出以“人机融合智能共进”为目标的新一代机器人手术系统的设计思路,为实现更安全高效的机器人微创外科手术目标提供借鉴.

关键词：综合集成人机系统信息流机器人手术系统

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增材制造成形件中位错的研究进展

材料导报 2024年第1期38卷 160-170页

作者：田根王文宇王晓明赵阳韩国峰任智强朱胜陆军装甲兵学院装备再制造技术国防科技重点实验室北京100072

增材制造是通过逐层堆积的方法制造实体零件的一种革命性技术,其成形性能受成形工艺、微观结构、沉积路径等影响,其中,位错作为晶体微观结构中广泛存在的一种线缺陷,是决定金属性能的一个重要因素。为深层次理解增材制造性能影响的本质... 详细信息

增材制造是通过逐层堆积的方法制造实体零件的一种革命性技术,其成形性能受成形工艺、微观结构、沉积路径等影响,其中,位错作为晶体微观结构中广泛存在的一种线缺陷,是决定金属性能的一个重要因素。为深层次理解增材制造性能影响的本质机制,需进一步了解增材制造成形件中的位错特点。本文基于近年来增材制造成形件中位错的研究成果,梳理了位错的起源、特征和密度,分析了位错对强度等性能的影响。与传统制造相比,增材制造成形过程中因固有的循环加热-冷却而造成的压缩-拉伸应力循环使得增材制造成形件中的位错具有独特的结构和性质。在塑性变形中,位错随应变变化明显,不同的初始位错影响成形件对应变的响应;增材制造成形件中测量的位错密度高于锻件或铸件,不同位置、不同形状的位错密度也存在一定的差异;位错强化是增材制造成形件中的主要强化作用,与此同时,在钢的成形件中,位错还可诱发马氏体相变,促使再结晶,另外还影响成形件的腐蚀、蠕变和氢脆等。

关键词：增材制造位错结构位错特性位错密度位错强化

ODS MA754合金传热界面接触热阻实验研究

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西安交通大学学报 2024年第2期58卷 100-108页

作者：杨万奎郭啸宇曾和荣郭玉川唐彬王冠博严睿豪孟兆明郭斯茂中国工程物理研究院核物理与化学研究所四川绵阳621900 黑龙江省核动力装置性能与设备重点实验室哈尔滨150001 哈尔滨工程大学核科学与技术学院哈尔滨150001

鉴于ODS MA754合金传热界面的接触热阻参数对全固态堆芯空间反应堆系统的热量导出具有重要影响,研发和设计了高温高压接触热阻实验装置,测量了不同温度(20~800℃)、压力(0~80 MPa)、气体氛围(He、CO_(2))以及试件表面粗糙度(1.6、3.2μm... 详细信息

鉴于ODS MA754合金传热界面的接触热阻参数对全固态堆芯空间反应堆系统的热量导出具有重要影响,研发和设计了高温高压接触热阻实验装置,测量了不同温度(20~800℃)、压力(0~80 MPa)、气体氛围(He、CO_(2))以及试件表面粗糙度(1.6、3.2μm)下ODS MA754合金传热界面的接触热阻,并基于测试获得的宽量程数据点,建立了ODS MA754合金的接触热阻数据库。实验结果表明:随着接触面温度和压力的升高,界面接触热阻降低,且热阻降低的速率逐渐减小;相较于表面粗糙度为1.6μm的试件,粗糙度为3.2μm试件表面的界面接触热阻明显偏大,实验得到的定量关系可为工程样件的加工粗糙度要求提供依据;He气氛下的接触热阻远小于CO_(2)气氛,在0.1 MPa、100℃工况下,He气氛接触热阻约为CO_(2)气氛接触热阻的1/4。该研究结果可为空间反应堆的热工设计提供数据参考。

关键词：空间反应堆 ODS MA754合金接触热阻高温高压表面粗糙度

基于多节点阵列结构的高精度薄膜温度传感器研究

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机械工程学报 2024年第4期60卷 92-100页

作者：田边刘江江张仲恺刘兆钧马荣林启敬蒋庄德西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710043

针对液压系统中的智能感知需求,提出一种新型微机电系统(Micro-electro-mechanical system,MEMS)薄膜温度传感器,其具有微小体积的同时兼具较高的测温精度,可实现液压元件及系统中油液温度信号的精确感知。开发出基于高分子聚合物-金属... 详细信息

针对液压系统中的智能感知需求,提出一种新型微机电系统(Micro-electro-mechanical system,MEMS)薄膜温度传感器,其具有微小体积的同时兼具较高的测温精度,可实现液压元件及系统中油液温度信号的精确感知。开发出基于高分子聚合物-金属-陶瓷材料的新型测温材料体系;提出一种多节点的三维阵列式电极结构。针对三维立体曲面高分子聚合物基底上的热电薄膜沉积难题,基于MEMS磁控溅射技术,实现曲面基底上薄膜的图形化转移。测试结果表明,所制备的多节点型薄膜温度传感器在-60~200℃量程内的灵敏度系数可达42μV/℃,从-60~100℃的静态测试中,温度时间漂移率为0.012℃/min,重复性误差为0.32%,最大迟滞为1.3%,满量程误差小于0.5%FS。同时采用脉冲激光法测得传感器的动态响应时间优于0.24 ms。在综合性能测试中,传感器在高速热气流冲击下仍有较高的温度分辨率,同时在不同工质中均可长时间正常工作24 h以上,可满足实际液压系统中长时间保持密封性与稳定性的测温需求。

关键词：液压系统薄膜热电偶多节点结构曲面成膜性能研究

航空发动机奇数只叶片的风扇转子动叶装配序列优化技术研究

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计算机集成制造系统 2024年第3期30卷 2014-2024页

作者：李丽丽陈琨高建民刘俊空高智勇王满贤西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室陕西西安710049 中国航发西安航空发动机有限公司陕西西安710021

针对航空发动机风扇转子奇数只叶片装配序列规划过程中存在的对顶角叶片重力矩差难以保证、叶片重力矩分布不够均衡的问题,研究了奇数只叶片的装配序列规划技术。首先,将单只叶片一分为二,形成33对“连体双胞胎叶片”,再转换成“66只虚... 详细信息

针对航空发动机风扇转子奇数只叶片装配序列规划过程中存在的对顶角叶片重力矩差难以保证、叶片重力矩分布不够均衡的问题,研究了奇数只叶片的装配序列规划技术。首先,将单只叶片一分为二,形成33对“连体双胞胎叶片”,再转换成“66只虚拟叶片”,实现转子叶片数量“从奇变偶”的转换;然后,为每只“虚拟叶片”找到对顶角叶片,但是不能将“连体双胞胎叶片”真正分开或放在对顶角位置;最后,以对顶角位置上“两只虚拟叶片”的重力矩差为约束,以转子剩余不平衡量最小为优化目标,采用改进模拟退火算法规划动叶的装配序列,为转子装配提供优化的装配序列,优化转子的静平衡质量。实例验证表明,奇数只叶片数量“从奇变偶”转换,精确保证了对顶角叶片重力矩差,满足了设计部门给出的对顶角叶片重力矩差的设计指标(≤1200 g·mm),为奇数只叶片的转子动叶装配提供了优化的装配序列,并优化了转子的平衡质量。

关键词：对顶角叶片重力矩差连体双胞胎叶片装配序列规划改进模拟退火算法

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下肢运动状态特征对裤装臀围的影响分析

纺织学报 2024年第1期45卷 168-175页

作者：吴冬雪刘让同于媛媛李淑静韩赟中原工学院河南郑州451191 先进纺织装备技术省部共建协同创新中心河南郑州451191 河南省功能纺织材料重点实验室河南郑州451191

为达成合体不束缚目标,探究裤装在不同运动状态下的臀围需求,综合分析人体特征参数、下肢动态参数的约束关系,基于单腿、双腿抬起为起点探讨臀围截面形态变化规律,构建了臀围与人体特征参数、下肢动态参数之间的数学模型,并进行趋势分... 详细信息

为达成合体不束缚目标,探究裤装在不同运动状态下的臀围需求,综合分析人体特征参数、下肢动态参数的约束关系,基于单腿、双腿抬起为起点探讨臀围截面形态变化规律,构建了臀围与人体特征参数、下肢动态参数之间的数学模型,并进行趋势分析以及模型修正。研究结果表明:在单侧抬腿状态时,臀围会随着方向角度α的增加呈现先减小后增大的趋势;而在双侧抬腿状态时,其与臀围呈现负相关关系。抬起角度β与臀围呈正相关,在抬起角度β≤60°时,可按人体运动需求角度计算裤装臀围值;在β>60°时,需要使用坐宽参数代替臀围宽度参数。在下肢多种运动状态下选取臀围变化后的最大值作为不束缚人体的裤装臀围最小值。模型解决了下肢运动状态对裤装臀围的影响,可为裤装臀围制版提供理论依据,为服装定制提供理论参考。

关键词：裤装臀围人体特征方向角度抬起角度臀围模型服装定制

改进遗传算法嵌入经典分类算法实现润滑油添加剂微小量多种类同步识别

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光谱学与光谱分析 2024年第3期44卷 744-750页

作者：夏延秋谢培元 NAY MIN AUNG 张涛冯欣华北电力大学能源动力与机械工程学院北京102206 中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室甘肃兰州730000

在润滑油中加入微少量添加剂就能使润滑油获得某种新的特性或改善润滑油中已有的某些特性的性质。针对机械设备润滑油中微小量添加剂多种类识别问题,基于python语言进行模型建立,采用基础油PAO-10和三种商用润滑油添加剂T321、 T534、 T... 详细信息

在润滑油中加入微少量添加剂就能使润滑油获得某种新的特性或改善润滑油中已有的某些特性的性质。针对机械设备润滑油中微小量添加剂多种类识别问题,基于python语言进行模型建立,采用基础油PAO-10和三种商用润滑油添加剂T321、 T534、 T307按照不同比例配制了8种不同样本。采用Thermo Scientific Nicolet iS5型傅里叶变换红外光谱仪采集了样本4 000~400 cm^(-1)范围附近的中红外光谱信息,并对样本中红外光谱数据采用Min-Max归一化进行预处理。使用两种经典分类算法,包括一对多支持向量机(OVR SVMs)、随机森林(RF),嵌入遗传算法(GA)实现中红外光谱特征波段筛选。为避免GA收敛过快和易陷入局部最优解,对GA的选择算子进行了改进,形成基于局部搜索算子的遗传算法(LGA),从而建立多类别分类模型的构建方法。结果显示:嵌入GA筛选波段后的新模型的种类识别准确率从利用经典分类算法对原始波长数据的OVR SVMs(83.33%)、 RF(87.50%)提升至OVR SVMs+GA(100%)、 RF+GA(100%);而嵌入LGA的新模型在保持原模型高准确率的情况下,RF+LGA筛选得到的特征区间长度为原光谱数据长度的36.7%,并且与添加剂物质的红外吸收峰有很好的对应情况。新模型不仅适用于只含单一添加剂的情况,对含有两种及两种以上添加剂的同步识别仍然具有近100%的较高识别率。表明所构建模型可以有效实现微小量润滑油添加剂的快速、准确、多种类同步识别。

关键词：润滑油添加剂中红外光谱经典分类算法改进遗传算法特征波段筛选

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深度学习提高有效波高预报精度的实验分析

中国海洋大学学报（自然科学版） 2024年第3期54卷 1-8页

作者：叶佳承于华明葛晶晶李松霖万江岳中国海洋大学海洋与大气学院山东青岛266100 中国海洋大学三亚海洋研究院海南三亚572025 解放军31110部队

海浪预报对于指导海上生产活动具有重要作用,随着观测技术和人工智能技术的快速发展,海浪观测数据大量积累,采用大数据结合深度学习的方法是当今数字时代提高海浪预报精度的有效手段。本研究采用深度学习中的长短时记忆网络(Long short-... 详细信息

海浪预报对于指导海上生产活动具有重要作用,随着观测技术和人工智能技术的快速发展,海浪观测数据大量积累,采用大数据结合深度学习的方法是当今数字时代提高海浪预报精度的有效手段。本研究采用深度学习中的长短时记忆网络(Long short-term memory, LSTM)模型建立海浪预报订正模型,基于董家口港区现场海浪观测数据,对海浪数值模式的预报结果开展订正实验,使用均方根误差(RMSE)与相关系数(COR)作为订正效果的评价指标。实验结果表明:将平均周期与有效波高作为输入变量进行模式训练,得到的LSTM模型可令海浪预报的RMSE由0.26 m降至0.14 m,预报精度提高了46%;将平均周期纳入输入变量对LSTM订正模型的订正效果有明显改善,主要体现在对相关系数的改善,可以使COR提高10%;与传统订正方案相比,LSTM能够通过加入相关变量提高订正能力。本研究成果可广泛应用于其他海域的海浪数值预报结果订正,对提高海浪预报精度具有重要现实意义。

关键词：海浪预报深度学习观测数据平均周期

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不同刚度圆柱振子涡激振动数值模拟

中国海洋大学学报（自然科学版） 2024年第9期54卷 133-140页

作者：宋玉泉谭俊哲袁鹏司先才杜修茂李昌明中国海洋大学工程学院山东青岛266100 中国海洋大学山东省海洋工程重点实验室山东青岛266100 中国海洋大学青岛市海洋可再生能源重点实验室山东青岛266100

为了研究不同刚度涡激振动系统对圆柱振子振动特性的影响,本文建立了单自由度涡激振动系统的仿真模型,采用计算流体力学(CFD)方法并结合重叠网格技术进行数值模拟。通过与公开发表的文献数据进行对比,验证了模型的精度和方法的可靠性。... 详细信息

为了研究不同刚度涡激振动系统对圆柱振子振动特性的影响,本文建立了单自由度涡激振动系统的仿真模型,采用计算流体力学(CFD)方法并结合重叠网格技术进行数值模拟。通过与公开发表的文献数据进行对比,验证了模型的精度和方法的可靠性。本文对时变流速下圆柱振子的振幅响应、频率响应和尾涡特征的变化情况进行了详细分析。仿真结果表明:当圆柱振子的振幅随流速的改变而降低时,调整弹簧刚度的大小,可使其保持较大的无量纲振幅和振动频率,并使尾流脱落旋涡之间的间距增大,且脱落模式由“2S”模式变为“2P”模式。

关键词：涡激振动弹簧刚度计算流体力学重叠网格圆柱振子