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考虑润滑间隙效应的空间并联机构动力学优化

农业机械学报 2024年第3期55卷 441-451页

作者：陈修龙居硕贾永皓山东科技大学机械电子工程学院青岛266590

为了改善润滑间隙效应引起的空间并联机构动态性能的渐变劣化问题,以3-RRPaR冗余并联机构为研究对象,提出一种考虑润滑间隙效应的空间并联机构动力学优化方法。建立了考虑润滑转动副间隙的3-RRPaR冗余并联机构动力学模型;以优化末端执... 详细信息

为了改善润滑间隙效应引起的空间并联机构动态性能的渐变劣化问题,以3-RRPaR冗余并联机构为研究对象,提出一种考虑润滑间隙效应的空间并联机构动力学优化方法。建立了考虑润滑转动副间隙的3-RRPaR冗余并联机构动力学模型;以优化末端执行器的动力学响应误差和优化间隙关节处的约束反力为目的设置目标函数,通过优化末端执行器质量以及转动惯量的方式来缓解运动副间隙导致的劣化效应,建立了考虑润滑间隙效应3-RRPaR冗余并联机构动力学优化模型;试验验证了所建动力学模型的有效性,对比分析两种目标函数对优化效果的影响以选择最佳优化方式,并分析优化前后考虑润滑间隙效应的空间并联机构动力学特性,结果表明动力学优化使润滑间隙转动副处约束反力峰值降低16.16%,为改善间隙效应提高空间并联机构动态性能提供了理论支撑。

关键词：空间并联机构运动副间隙润滑优化设计

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刮板输送机多永磁电机串联驱动新模式及关键技术

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煤炭科学技术 2024年第2期52卷 238-252页

作者：张强刘伟王聪苏金鹏刘峻铭顾颉颖张润鑫山东科技大学机械电子工程学院山东青岛266590

装备智能化是煤炭行业高质量发展的必然趋势,伴随着煤矿超大采高、超长工作面的建设,刮板输送机不断朝着重型长运距的方向发展,并且永磁直驱已逐渐取代“异步电机+减速器”成为刮板输送机的主要驱动方式,而传统双驱动刮板输送机存在停... 详细信息

装备智能化是煤炭行业高质量发展的必然趋势,伴随着煤矿超大采高、超长工作面的建设,刮板输送机不断朝着重型长运距的方向发展,并且永磁直驱已逐渐取代“异步电机+减速器”成为刮板输送机的主要驱动方式,而传统双驱动刮板输送机存在停机率高、煤流分布不均且能耗大、跟踪性能差的问题,尤其长运距下链条张力波动大造成驱动电机电路涌动,已成为制约我国刮板输送机智能化发展的主要难题。根据刮板输送机面临的主要问题和发展需求,提出了刮板输送机多永磁电机串联“驱动-传动”输送新模式,并阐述了多永磁电机串联驱动刮板输送机这一研究领域涉及的关键技术研究现状,包括刮板输送机故障诊断与状态识别技术、多电机串联驱动“机-电”耦合动力学特性、多永磁电机同步控制技术、多智能体自适应协同控制,对于多驱动刮板输送机的设计研发具有一定的适应性和借鉴性;针对刮板输送机多永磁电机串联驱动系统研究面临的难题,将该系统分为4项关键科学技术:①多驱动刮板输送机新构型设计;②多驱动刮板输送机非线性机-电耦合动力学建模;③多驱动刮板输送机链条张力脉动与主动控制;④串联驱动刮板输送机主动容错与自适应协同控制;从结构设计与优化、整机运维控制实现刮板输送机多永磁电机串联驱动系统技术攻关,提高刮板输送机的智能化水平,促进煤机高端装备的水平和发展。

关键词：刮板输送机串联驱动机电耦合动力学模型主动容错控制智能调控

取向型微沟槽高速球铣加工制备方法及其减摩性能研究

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摩擦学学报（中英文） 2024年第1期44卷 30-39页

作者：高丽王祎扬黄为民王桂杰朱然周祥园山东科技大学机械电子工程学院山东青岛266590

探究直接利用高速球铣加工工艺制备取向型表面微沟槽织构的方法,并对该类型表面微织构的减摩性能进行研究.鉴于高速球铣加工工艺走刀路径灵活可变、表面材料残留几何尺寸与分布形态具备可控性的特点,利用Matlab仿真对高速球铣加工表面... 详细信息

探究直接利用高速球铣加工工艺制备取向型表面微沟槽织构的方法,并对该类型表面微织构的减摩性能进行研究.鉴于高速球铣加工工艺走刀路径灵活可变、表面材料残留几何尺寸与分布形态具备可控性的特点,利用Matlab仿真对高速球铣加工表面形貌进行预测,通过高速球铣加工试验验证仿真结果,并基于流体动压润滑理论,结合Fluent流体仿真分析与高速环-块摩擦磨损试验,对该类型表面微织构的减摩性能进行分析.当切削参数选用径向切深明显大于每齿进给量的组合时,高速球铣加工表面残留材料能够形成明显的微沟槽形貌,且微沟槽特征的取向可由球头铣刀的走刀路径进行控制;微沟槽承载能力与其取向密切相关,随着微沟槽取向角由90°减小至20°,负压区与正压区范围呈现扩大趋势,油膜内逆流效应逐渐减弱,动压效应逐渐增强,微沟槽承载能力提高了20.64%,表面摩擦系数由0.02845降低至0.02165;然而,当取向角过小时,负压区与正压区的范围过小,不能形成有效的收敛楔,微沟槽承载能力下降,表面摩擦系数上升.通过高速球铣加工工艺能够实现取向型表面微沟槽织构的可控制备,且该类表面的减摩性能与取向角α密切相关,在本文研究范围内,取向角为20°时表现出最小的摩擦系数与最高的油膜承载力.本文研究结果可为表面织构造型方法提供一种新思路,能够为满足零件表面的减摩需求提供很好的解决方法.

关键词：高速球铣加工表面织构取向型微沟槽动压润滑承载能力摩擦系数

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基于COF-YOLOv5s的油茶果识别定位

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农业工程学报 2024年第13期40卷 179-188页

作者：王金鹏何萌甄乾广周宏平南京林业大学机械电子工程学院南京210000

针对自然环境下油茶果存在多种类、多遮挡及小目标等问题,该研究基于YOLOv5s提出COFYOLOv5s(camellia oleifera fruit-you only look once)油茶果识别模型,实现油茶果的高精度检测。通过添加小目标检测层、将FasterNet中的轻量化模块Fas... 详细信息

针对自然环境下油茶果存在多种类、多遮挡及小目标等问题,该研究基于YOLOv5s提出COFYOLOv5s(camellia oleifera fruit-you only look once)油茶果识别模型,实现油茶果的高精度检测。通过添加小目标检测层、将FasterNet中的轻量化模块Faster Block嵌入到C3模块及添加Biformer注意力机制对YOLOv5s进行改进。试验结果表明,改进后网络在测试集上的精度、召回率、平均精度均值分别为97.6%、97.8%、99.1%,比YOLOv5s分别提高5.0、7.5、4.4个百分点,推理时间为10.3 ms。将模型部署到Jetson Xavier NX中,结合ZED mini相机进行油茶果识别与定位试验。室内试验得到COF-YOLOv5s的召回率为91.7%,室外绿油茶果的召回率为68.8%,小目标红油茶果在弱光条件下的召回率为64.3%。研究结果可为实现油茶产业的智能化和规模化提供理论支持。

关键词：深度学习目标检测油茶果采收定位

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基于改进COF-YOLO v8n的油茶果静态与动态检测计数方法

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农业机械学报 2024年第4期55卷 193-203页

作者：王金鹏何萌甄乾广周宏平南京林业大学机械电子工程学院南京210037

针对自然环境下油茶果存在严重遮挡、近景色、小目标等现象,使用YOLO网络存在检测精度低、漏检现象严重等问题,提出对YOLO v8n网络进行改进。首先使用MPDIOU作为YOLO v8n的损失函数,有效解决因为果实重叠导致的漏检问题;其次调整网络,... 详细信息

针对自然环境下油茶果存在严重遮挡、近景色、小目标等现象,使用YOLO网络存在检测精度低、漏检现象严重等问题,提出对YOLO v8n网络进行改进。首先使用MPDIOU作为YOLO v8n的损失函数,有效解决因为果实重叠导致的漏检问题;其次调整网络,向其中加入小目标检测层,使网络能够关注小目标油茶以及被树叶遮挡的油茶;最后使用SCConv作为特征提取网络,既能兼顾检测精度又能兼顾检测速度。改进COF-YOLO v8n网络精确率、召回率、平均精度均值分别达到97.7%、97%、99%,比未改进的YOLO v8n分别提高3.2、4.8、2.4个百分点,其中严重遮挡情况下油茶检测精确率、召回率、平均精度均值分别达到95.9%、95%、98.5%,分别比YOLO v8n提高4.0、9.1、4.6个百分点。因此改进后COF-YOLO v8n网络能够明显提高油茶在严重遮挡、近景色、小目标均存在情况下的识别精度,减小油茶的漏检。此外,模型能够实现动、静态输入条件下油茶果计数。动态计数借鉴DeepSORT算法的多目标跟踪思想,将改进后COF-YOLO v8n的识别输出作为DeepSORT的输入,实现油茶果实的追踪计数。所得改进模型具有很好的鲁棒性,且模型简单可以嵌入到边缘设备中,不仅可用于指导自动化采收,还可用于果园产量估计,为果园物流分配提供可靠借鉴。

关键词：油茶果机器视觉 COF-YOLO v8n 计数产量估计

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煤炭气力输送弧形堵头弯管磨损弱化特性

煤炭学报 2024年

作者：周锋张强田莹高魁东范春永栾亨宣顾颉颖山东科技大学机械电子工程学院

气力输送是散体物料清洁高效输送的重要途径，然而弯管磨损制约着煤炭气力输送工业化应用，其中弯管形状结构是影响磨损的重要因素之一，基于此提出一种具有弧形堵头结构的新型弯管，首先在DN50的管道系统中进行7～11 mm煤炭颗粒气力输... 详细信息

气力输送是散体物料清洁高效输送的重要途径，然而弯管磨损制约着煤炭气力输送工业化应用，其中弯管形状结构是影响磨损的重要因素之一，基于此提出一种具有弧形堵头结构的新型弯管，首先在DN50的管道系统中进行7～11 mm煤炭颗粒气力输送试验，气流速度为20 m/s，供气压力保持0.4 MPa，弧形堵头圆弧角分别为10°、20°、30°和40°，无量纲高度分别为0.4、0.6、0.8、1.0，利用共焦三维形貌仪测量管壁磨损分布及最大磨损深度；其次通过欧拉–拉格朗日双边耦合的计算流体力学与离散元（Computational fluid dynamics–discrete element method，CFD–DEM）方法建立数值模型，通过对最大磨损深度的仿真模拟与试验测量校验数值模型的科学性；最后从磨损分布、磨损峰值、碰撞能量损失等方面研究了弧形堵头对弯管磨损的弱化特性，推演了弧形堵头弱化磨损的最优结构参数判据。结果表明：圆弧角是弧形堵头弱化弯管磨损的主要影响因素，当圆弧角不足20°时堵头无法包含全部磨损中心辐射区域，而当圆弧角超过40°时堵头底面难以被颗粒完全覆盖，上述两种条件下弧形堵头对弯管磨损的弱化作用均受限；盲通弯管磨损峰值及其增长率均低于普通弯管，当圆弧角为30°且无量纲高度为0.8时，磨损中心被分散至侧壁上的多个位置而避免了集中冲击，磨损峰值仅为普通弯管的25.1%；任意圆弧角的碰撞能量损失关于无量纲高度的变化曲线均包含一个提升段与两个平缓段，两个临界点依次代表颗粒开始覆盖堵头底面以及形成稳定堆积的高度。研究成果有利于解决长期存在的弯管磨损顽疾，为煤炭气力输送工业化应用提供理论依据，同时可推广至其他矿物颗粒输送领域。

关键词：气力输送弯管磨损煤炭颗粒弧形堵头磨损峰值碰撞能量损失

基于改进UNet模型的油茶果振动采摘点定位方法

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农业工程学报 2024年第8期40卷 171-178页

作者：王金鹏何萌甄乾广胡皓若袁飞陈苏楠方宸哲周宏平南京林业大学机械电子工程学院南京210000

针对非花果同期油茶果采收效率低这一问题,提出一种侧枝振动采摘点定位方法,通过振动侧枝降低树木损伤并实现高效采收。首先构建数据集,对侧枝分段标注,向UNet中添加CloFormer注意力机制并命名为Clo-UNet,实现侧枝的二维重构。其次,在Cl... 详细信息

针对非花果同期油茶果采收效率低这一问题,提出一种侧枝振动采摘点定位方法,通过振动侧枝降低树木损伤并实现高效采收。首先构建数据集,对侧枝分段标注,向UNet中添加CloFormer注意力机制并命名为Clo-UNet,实现侧枝的二维重构。其次,在Clo-UNet基础上进一步设计采摘点定位方法并命名为Clo-UNet-Point,该方法优先选择采收离果实最远且最粗的枝条。试验表明,Clo-UNet在验证集上表现优异,其中br_con(连果枝)、danger(危险区)和br_pro(优先采收区域)的平均交并比mIoU分别达到85.36%、86.37%和81.29%,平均像素精度mPA分别达到94.97%、96.17%和89.48%,Clo-UNet在整个数据集上的mIoU和mPA分别比UNet高5.14、6.85个百分点。通过观察验证集647幅图像,Clo-UNet-Point算法在不同光照条件下均能定位到采摘点,平均检测一张图像用时0.15 s。该研究可为未来非花果同期类油茶果的自动化振动采收奠定理论基础。

关键词：振动采收油茶果 UNet语义分割模型采摘点定位

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刮板输送机多永磁电机串联驱动新模式及关键技术研究

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煤炭科学技术 2024年

作者：张强刘伟王聪苏金鹏刘峻铭顾颉颖张润鑫山东科技大学机械电子工程学院

装备智能化是煤炭行业高质量发展的必然趋势，伴随着煤矿超大采高、超长工作面的建设，刮板输送机不断朝着重型长运距的方向发展，并且永磁直驱已逐渐取代“异步电机+减速器”成为刮板输送机的主要驱动方式，而传统双驱动刮板输送机存... 详细信息

装备智能化是煤炭行业高质量发展的必然趋势，伴随着煤矿超大采高、超长工作面的建设，刮板输送机不断朝着重型长运距的方向发展，并且永磁直驱已逐渐取代“异步电机+减速器”成为刮板输送机的主要驱动方式，而传统双驱动刮板输送机存在停机率高、煤流分布不均且能耗大、跟踪性能差的问题，尤其长运距下链条张力波动大造成驱动电机电路涌动，已成为制约我国刮板输送机智能化发展的主要难题。本文根据刮板输送机面临的主要问题和发展需求，提出了刮板输送机多永磁电机串联“驱动-传动”输送新模式，并阐述了多永磁电机串联驱动刮板输送机这一研究领域涉及的关键技术研究现状，包括刮板输送机故障诊断与状态识别技术、多电机串联驱动“机-电”耦合动力学特性、多永磁电机同步控制技术、多智能体自适应协同控制，对于多驱动刮板输送机的设计研发具有一定的适应性和借鉴性；针对刮板输送机多永磁电机串联驱动系统研究面临的难题，将该系统分为4项关键科学技术：①多驱动刮板输送机新构型设计；②多驱动刮板输送机非线性机-电耦合动力学建模；③多驱动刮板输送机链条张力脉动与主动控制；④串联驱动刮板输送机主动容错与自适应协同控制；从结构设计与优化、整机运维控制实现刮板输送机多永磁电机串联驱动系统技术攻关，提高刮板输送机的智能化水平，促进煤机高端装备的水平和发展。

关键词：刮板输送机串联驱动机电耦合动力学模型主动容错控制智能调控

不依赖观测器的不确定性系统输出反馈鲁棒控制

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吉林大学学报（工学版） 2024年第3期54卷 828-835页

作者：赵军赵子亮朱庆林郭斌山东科技大学机械电子工程学院山东青岛266590 山东科技大学交通学院山东青岛266590

针对非匹配不确定性系统的静态输出反馈鲁棒控制问题在线求解难的难题,提出了一种基于数据驱动学习的自适应学习算法。首先,将不确定性系统的鲁棒控制问题转化为具有性能指标函数的标称系统的最优控制问题。其次,为实现输出反馈最优控制... 详细信息

针对非匹配不确定性系统的静态输出反馈鲁棒控制问题在线求解难的难题,提出了一种基于数据驱动学习的自适应学习算法。首先,将不确定性系统的鲁棒控制问题转化为具有性能指标函数的标称系统的最优控制问题。其次,为实现输出反馈最优控制,根据状态反馈控制项构造了输出反馈黎卡提方程。再次,为实现该输出反馈黎卡提方程的在线求解,使用克罗内克积和向量化操作重构输出反馈黎卡提方程,进而设计了基于输入/输出数据的自适应学习算法,摒弃了传统观测器的使用,实现可一步求解的输出反馈鲁棒控制。最后,为实现被估参数的快速收敛,进一步放松了所要求的持续激励条件。仿真结果验证了本文控制方法和学习算法的有效性。

关键词：控制理论与控制工程数据驱动学习鲁棒控制最优控制持续激励条件