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基于最速降线理论的负压抽屑装置优化设计

组合机床与自动化加工技术 2024年第2期 141-145页

作者：杨尚进陈振亚马卓强石瑞涛苏蔚涛白宇鑫中北大学机械工程学院太原030051 中北大学恶劣环境下智能装备技术山西省重点实验室太原030051

为提高深孔加工精度,解决深孔中难排屑问题,在分析负压抽屑装置原理的基础上,求解出负压装置的最速降线方程,设计一种带有膛线的最速降线负压装置来提高排屑效率,利用方程驱动曲线建立其三维模型进行流体仿真,并通过正交试验找出膛线的... 详细信息

为提高深孔加工精度,解决深孔中难排屑问题,在分析负压抽屑装置原理的基础上,求解出负压装置的最速降线方程,设计一种带有膛线的最速降线负压装置来提高排屑效率,利用方程驱动曲线建立其三维模型进行流体仿真,并通过正交试验找出膛线的最优参数。Fluent仿真结果表明,最速降线负压装置的负压效果比普通的锥面负压装置提高了4.2倍,切削液流速提高了3.6倍,湍流动能提高了2.5倍;当膛线数量为8根,膛线深度为0.15 mm,螺旋角度为9°时能最大幅度地提高排屑动力。该结构有效提高了深孔加工排屑动力,证明了最速降线能有效促进流体流动。

关键词：负压抽屑最速降线膛线结构正交试验流体仿真

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圆结构光系统深孔圆度测量方法研究

红外与激光工程 2024年第4期53卷 194-200页

作者：陈振亚马卓强李翔沈兴全杨尚进苗鸿宾卢传杰中北大学机械工程学院山西太原030051 中国船舶集团有限公司第七一三研究所河南郑州450015 恶劣环境下智能装备技术山西省重点实验室山西太原030051 山东普利森集团有限公司山东德州253000

圆结构光系统测量深孔(通孔)圆度时存在激光器、相机和深孔难以保持平行或同轴的问题,导致无法测量准确的圆截面,从而产生系统误差。搭建了基于圆结构光的测量系统,分析了系统误差的产生机理并提出了一种基于圆结构光系统测量圆度的方法... 详细信息

圆结构光系统测量深孔(通孔)圆度时存在激光器、相机和深孔难以保持平行或同轴的问题,导致无法测量准确的圆截面,从而产生系统误差。搭建了基于圆结构光的测量系统,分析了系统误差的产生机理并提出了一种基于圆结构光系统测量圆度的方法,可对系统误差进行一定补偿:首先,获取待测深孔的内表面高分辨率三维点云,拟合点云轴线,通过刚体变换将三维点云变换到深孔轴线与相机光轴平行的位置;然后,选定一个测量截面,搜索该截面上的点和与该截面范围较近的点作为圆度评定点;最后,采用网格搜索算法完成圆度评定。测量实验的结果表明,该方法对于圆度误差的补偿效果良好,其中测量不确定度为4.78μm。

关键词：圆结构光圆度测量刚体变换误差补偿

复杂场景下无水尺水位的影像水位反演智能检测方法

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测绘学报 2024年第3期53卷 558-568页

作者：孙传猛魏宇李欣宇马铁华武志博中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室山西太原030051 中北大学电气与控制工程学院山西太原030051

实现精细化水务管控和洪涝灾害预警,需要实时、准确感知水位突变事件。现有技术不能满足夜晚、雾霾、雨天、雪天、漂浮物遮挡及阴影等复杂恶劣环境下的水位识别需求。为此,本文提出一种融合改进YOLOv5与卡尔曼滤波原理的无水尺水位智能... 详细信息

实现精细化水务管控和洪涝灾害预警,需要实时、准确感知水位突变事件。现有技术不能满足夜晚、雾霾、雨天、雪天、漂浮物遮挡及阴影等复杂恶劣环境下的水位识别需求。为此,本文提出一种融合改进YOLOv5与卡尔曼滤波原理的无水尺水位智能检测技术:①引入YOLOv5对水位线(水岸分界线)进行检测,并利用线性拟合方法获得实际水位线;②针对水位线在延伸方向无限大而在其法向无限小特点,提出强化中尺度特征的多层级特征融合方法改进原YOLOv5算法;③利用卡尔曼滤波引入水位历史信息作为先验知识,提高本技术对复杂恶劣环境的泛化性能;④将图像中事先标定的固定的标志物加入到深度学习网络中训练,根据标志位真实尺寸解算实际水位高程,实现无水尺检测方案。相关试验和实践表明,改进的YOLOv5更加轻量化;本文所述水位智能检测技术斜率准确性为97.3%,较原算法提高了2.4%;截距准确性为99.3%,较原算法提高了0.5%;在夜晚、雾霾、雨天、雪天、漂浮物遮挡及阴影等复杂恶劣环境下可以自动、准确识别出水位高程,误差小于0.1 m。

关键词：水位识别无水尺水位检测深度学习 YOLOv5 卡尔曼滤波

面向多人-多机复杂协作任务的煤矿XR智能运维系统

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煤炭学报 2024年第4期49卷 2124-2140页

作者：王学文刘曙光王雪松谢嘉成刘京铨王禧龙太原理工大学机械与运载工程学院山西太原030024 煤矿综采装备山西省重点实验室山西太原030024 智能采矿装备技术全国重点实验室山西太原030032

随着煤矿智能化的发展与煤矿机器人的研发应用,煤矿操作员与煤矿机器人之间的高效协作对于井下复杂任务起到至关重要的作用。为优化多工种煤矿操作员与多机器人协作的复杂运行关系,基于数字孪生理念与在XR领域的长期实践,开展面向多人-... 详细信息

随着煤矿智能化的发展与煤矿机器人的研发应用,煤矿操作员与煤矿机器人之间的高效协作对于井下复杂任务起到至关重要的作用。为优化多工种煤矿操作员与多机器人协作的复杂运行关系,基于数字孪生理念与在XR领域的长期实践,开展面向多人-多机复杂协作任务的煤矿XR智能运维系统设计与关键技术研究。首先,针对复杂任务中2类煤矿操作员(包括集控操作员与就地操作员)与2类煤矿机器人(包括探测机器人与作业机器人)协作的典型场景,设计了系统总体架构,将系统划分为物理子系统、VR运维子系统与AR运维子系统3部分,并对各部分的内容、功能以及3部分之间的协同运行关系进行介绍;然后,对系统涉及的VR运维子系统构建、AR运维子系统构建以及通讯网络构建等关键技术进行剖析,对各关键技术对应的解决方案进行了探讨,并实现了2类煤矿操作员、2类煤矿机器人与VR/AR运维子系统的集成运行;最后,在实验室环境下模拟井下复杂环境搭建了试验场地,在试验场地中设定了任务点与具体任务,对系统的可行性与有效性进行测试验证。试验结果表明,煤矿XR智能运维系统能够在不同复杂任务对应的多人-多机协作情形中发挥作用。通过VR运维子系统与AR运维子系统的协同运行,可实现虚拟空间和物理空间的协同感知、决策与控制,能够在虚拟空间中对物理空间的复杂任务进行迭代、优化和验算,形成了人-人、人-机、机-机交互协作的智能运行模式。

关键词：煤矿智能化煤矿机器人煤矿操作员人机协作 XR智能运维数字孪生

高强高塑性空冷Al-Mg-Si合金的非均质化微观组织构建(英文)

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年

作者：高一涵张欣欣周晶哲徐鹏辛志杰高俊华时彦浩吕由赵宇芳李京阳中北大学航空宇航学院中北大学恶劣环境下智能装备技术山西省重点实验室华中科技大学先进能源材料化学教育部重点实验室材料化学与服役失效湖北省重点实验室化学与化工学院广东齐力澳美高新材料股份有限公司轻金属研究院

本项工作提出了一种利用非均匀分布的α-Al(Fe，Mn)Si弥散相与β″析出相协同提升空冷6082铝合金强度与塑性的方法。扫描电子显微镜（SEM）与透射电子显微镜（TEM）表征被用于分析相应双强化相的微观参数。结果显示，不进行均匀化即可... 详细信息

本项工作提出了一种利用非均匀分布的α-Al(Fe，Mn)Si弥散相与β″析出相协同提升空冷6082铝合金强度与塑性的方法。扫描电子显微镜（SEM）与透射电子显微镜（TEM）表征被用于分析相应双强化相的微观参数。结果显示，不进行均匀化即可引发上述微观组织非均匀性，并实际上由局部的无弥散相区（DFZs）与弥散相区（DZs），以及双峰分布的β″析出相所构成。进一步的强化模型计算显示，这种非均匀的微观组织布局事实上在目标合金中构建了 “软-硬”区，从而引起力学性能的改善。

关键词： Al-Mg-Si合金微观组织异质性弥散相纳米析出相力学性能

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BTA深孔连接器设计及油膜压力研究

机床与液压 2024年第19期52卷 59-64页

作者：陈振亚马卓强李翔苗鸿宾杨尚进李建中北大学机械工程学院山西太原030051 中国船舶重工集团公司第七一三研究所河南郑州450015 中北大学恶劣环境下智能装备技术山西省重点实验室山西太原030051 内蒙古北方重工业集团有限公司南京研发中心江苏南京211100

针对BTA加工过程中刀具系统刚性不足和径向受力不平衡的问题,基于流体动压润滑原理设计一种BTA深孔连接器。连接器包括双桥应变片和可倾瓦块,利用油膜支撑刚度增大刀具系统的刚性,并通过实时调整油膜压力抵消同步检测的不平衡径向力。... 详细信息

针对BTA加工过程中刀具系统刚性不足和径向受力不平衡的问题,基于流体动压润滑原理设计一种BTA深孔连接器。连接器包括双桥应变片和可倾瓦块,利用油膜支撑刚度增大刀具系统的刚性,并通过实时调整油膜压力抵消同步检测的不平衡径向力。建立可倾瓦块的数学模型,推导出油膜厚度公式,进一步得出油膜压力的计算公式。基于Fluent软件对连接器进行流体仿真,采用单因素实验法,分析不同条件下可倾瓦块受到的油膜压力的变化规律。结果表明:BTA加工过程中,通过调节工件转速、切削液黏度、瓦块倾角和瓦块包角等参数调整油膜压力,进而实现增大刀具系统刚性和抵消不平衡径向力的目的。

关键词： BTA深孔连接器油膜压力系统刚性径向力流体仿真

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中国大田无人农场关键技术研究与建设实践

农业工程学报 2024年第1期40卷 1-16页

作者：罗锡文胡炼何杰张智刚周志艳张闻宇廖娟黄培奎华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室广州510642 岭南现代农业科学与技术广东省实验室广州510642 广东省农业人工智能重点实验室广州510642

智慧农业是现代农业的发展方向,无人农场是实现智慧农业的重要途径。为了探索和推广无人农场在现代农业中的应用,华南农业大学对大田无人农场的关键技术进行了深入研究,包括无人农场作业环境、作业对象和作业机械装备信息的数字化感知技... 详细信息

智慧农业是现代农业的发展方向,无人农场是实现智慧农业的重要途径。为了探索和推广无人农场在现代农业中的应用,华南农业大学对大田无人农场的关键技术进行了深入研究,包括无人农场作业环境、作业对象和作业机械装备信息的数字化感知技术;土地整治、耕整、种植、播种、田间管理和收获方案的智能化决策技术;农机自动导航和农机精准作业的精准化作业技术;农作物生长、农机运维和农场经营管理的智慧化管理技术。2020年在广东增城创建全球首个无人农场,实现了五大功能,包括耕种管收生产环节全覆盖,机库田间转移作业全自动,自动避障异况停车保安全,作物生产过程实时全监控,智能决策精准作业全无人。取得了显著的经济、社会和生态效益,2021年广东增城水稻无人农场种植的优质丝苗米十九香产量达到9934.35 kg/hm^(2),比当地的平均产量高32%;2023年湖南益阳千山红镇再生稻无人农场两季产量达到17988 kg/hm^(2),说明了人不下田也能种地,也能种好地。截至2023年11月,在国内15个省启动了30个无人农场的建设,包括水稻、小麦、玉米和花生4种作物,实践结果证明了无人农场和智慧农业发展的巨大潜力,为解决“谁来种地”和“如何种地”提供了重要途径。

关键词：智慧农业无人农场水稻智能农机现代农业

基于语义分割和几何分析的火龙果果实与枝条的三维重建

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农业工程学报 2024年第12期40卷 157-164页

作者：高嘉正李文涛罗陈迪欧阳春凡曾春林苏佳荣舒锦瑞周学成华南农业大学工程学院广州510642 广东省农业人工智能重点实验室广州510642 南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室广州510642

针对非结构化环境中采摘机器人缺少足够环境信息的问题,该研究提出了一种用于机器臂避障和路径规划的果实与枝条检测和三维重建方法。采用MobileNetV2取代传统DeepLabV3+主干特征提取网络Xception,并在特征提取模块引入了坐标注意力机制... 详细信息

针对非结构化环境中采摘机器人缺少足够环境信息的问题,该研究提出了一种用于机器臂避障和路径规划的果实与枝条检测和三维重建方法。采用MobileNetV2取代传统DeepLabV3+主干特征提取网络Xception,并在特征提取模块引入了坐标注意力机制,通过改进网络对采集的RGB图像进行目标检测,并将检测到的火龙果和枝条语义掩膜转换成三维点云。提出一种基于非线性最小二乘法的椭球体拟合方法用于重建火龙果,用有限数量的AABB包围盒获取不规则的枝条的三维空间位姿信息。测试表明,改进后模型的平均交并比(mean intersection over union,mIoU)和平均像素精度(mean pixel accuracy,mPA)分别达到95.59%、98.01%,相较原模型分别提升2.57个百分点和1.44个百分点;平均推理时间和模型内存占用量分别降至94.74 ms和22.52 MB,分别仅为原模型的59%和11%。三维重建试验表明,火龙果果实重建的短轴尺寸和深度距离的平均绝对误差分别为0.44和2.04 mm,枝条重建的样本标准差在各坐标轴上均小于10 mm。结果证实了该研究方法可以有效地重建火龙果果实和枝条,可以为火龙果采摘机器人的采摘路径规划避障提供基础。

关键词：三维采摘机器人火龙果 DeepLabV3+ 果实重建枝条重建

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二维慢烤模型点火位置及其温度的理论推演

兵工学报 2024年第5期45卷 1564-1572页

作者：张坤智小琦肖游王帅罗锐恒张姚瑶黄云伟中北大学机电工程学院山西太原030051 中国兵器装备集团自动化研究所有限公司智能制造事业部四川绵阳621000 湖北航天化学技术研究所航天化学动力技术重点实验室湖北襄阳441003

为理论分析凝聚炸药慢速烤燃过程,并为慢速烤燃点火点位置研究奠定理论基础。根据炸药的热传导理论方程,利用叠加原理和分离变量法,将炸药非反应性热传导项与自热反应热传导项拆分,推导得到凝聚炸药二维慢速烤燃模型的温度分布解析解。... 详细信息

为理论分析凝聚炸药慢速烤燃过程,并为慢速烤燃点火点位置研究奠定理论基础。根据炸药的热传导理论方程,利用叠加原理和分离变量法,将炸药非反应性热传导项与自热反应热传导项拆分,推导得到凝聚炸药二维慢速烤燃模型的温度分布解析解。计算并分析了自热反应温度场随时间和炸药尺寸的变化规律。根据慢烤试验结果,对理论计算得出的点火点位置、点火温度及时间进行了验证。研究结果表明:理论确定的点火时间、点火点位置与试验测量的点火时间、点火点位置相符。炸药自热反应最高温度所在位置随其尺寸的增加,由中心移动至边缘角落。随着试验时间的增加,自热反应温度分布趋于稳定。就尺寸为∅76×190 mm的RDX炸药而言,发生点火时自热反应温度分布与点火前80000 s时的自热反应温度分布一致。

关键词：弹药慢速烤燃点火点位置热传导解析解