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基于连续碳纤维3D打印的结构拓扑优化及工艺研究

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材料科学与工艺 2024年第1期32卷 88-99页

作者：张荣耀钱波刘钢上海工程技术大学机械与汽车工程学院上海201600

本文利用3D打印技术制备了“椭圆形跑道”样件来研究不同纤维角度和纤维层分布对样件机械性能的影响,并通过实验考察各种力学测试中样件的断裂模式。然后基于变密度的拓扑优化理论对三点弯曲梁、C形夹和弹架悬臂进行结构拓扑优化,并通... 详细信息

本文利用3D打印技术制备了“椭圆形跑道”样件来研究不同纤维角度和纤维层分布对样件机械性能的影响,并通过实验考察各种力学测试中样件的断裂模式。然后基于变密度的拓扑优化理论对三点弯曲梁、C形夹和弹架悬臂进行结构拓扑优化,并通过力学性能实验进行验证。结果表明,在所有的测试中都观察到样件具有各向异性的机械性能,其中纤维方向具有最高的强度和刚度,而跨层方向具有较低的强度和刚度。通过有限元分析和压缩试验表明,经过拓扑优化的连续碳纤维3D打印弹架悬臂结构能够经受住极端运行条件的考验。

关键词：弹架悬臂拓扑优化连续碳纤维 3D打印变密度法

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基于改进YOLOv7-tiny的茶叶嫩芽分级识别方法

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茶叶科学 2024年第1期44卷 62-74页

作者：洪孔林吴明晖高博冯业宁上海工程技术大学机械与汽车工程学院上海201620

实现自然生长环境的茶叶嫩芽分级识别是名优茶智能化采摘的基础,针对光照、遮挡、密集等复杂环境造成的茶叶嫩芽识别精度较低、鲁棒性较差等问题,提出了一种基于YOLOv7-tiny的改进模型。首先在YOLOv7-tiny模型的小目标检测层添加卷积注... 详细信息

实现自然生长环境的茶叶嫩芽分级识别是名优茶智能化采摘的基础,针对光照、遮挡、密集等复杂环境造成的茶叶嫩芽识别精度较低、鲁棒性较差等问题,提出了一种基于YOLOv7-tiny的改进模型。首先在YOLOv7-tiny模型的小目标检测层添加卷积注意力模块,提高模型对小目标特征的关注能力,减少复杂环境对茶叶嫩芽识别的干扰;调整空间金字塔池化结构,降低模型运算成本,提高检测速度;使用交并比(Intersection over Union,IoU)和归一化Wasserstein距离(Normalized gaussian wasserstein distance,NWD)结合的损失函数,改善IoU机制对位置偏差敏感的问题,进一步提高模型对小目标检测的鲁棒性。结果表明,该模型的检测准确率为91.15%,召回率为88.54%,均值平均精度为92.66%,模型大小为12.4 MB,与原始模型相比,准确率、召回率、均值平均精度分别提高2.83、2.00、1.47个百分点,模型大小增加0.1 MB。与不同模型的对比试验表明,该模型在多个场景下的嫩芽分级检测中漏检和误检较少,置信度分数较高。改进后的模型可应用于名优茶采摘机器人的嫩芽分级识别。

关键词： YOLOv7-tiny 茶叶嫩芽分级识别注意力机制 NWD损失函数

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兰姆波驱动微流体温度分布研究

压电与声光 2024年第3期46卷 315-321页

作者：顾赫梁威上海工程技术大学机械与汽车工程学院上海201620

该文应用压电陶瓷器件激发频率1 MHz的兰姆波在非压电基板上进行了微流体温度分布的研究。经理论分析表明,兰姆波向流体中辐射纵波以及兰姆波在介质中传播时的粘性摩擦损失产生了声热效应。采用红外摄像机观察液滴从兰姆波激发直至达到... 详细信息

该文应用压电陶瓷器件激发频率1 MHz的兰姆波在非压电基板上进行了微流体温度分布的研究。经理论分析表明,兰姆波向流体中辐射纵波以及兰姆波在介质中传播时的粘性摩擦损失产生了声热效应。采用红外摄像机观察液滴从兰姆波激发直至达到稳态时的热分布变化,发现液滴在兰姆波入射一侧的温度高于其他区域且高温区域有向顶部扩散的趋势。观察不同液体黏度液滴的声热现象,发现油滴的温度扩散更均匀,动力学行为更弱。采用有限元分析声流和声热效应,发现液滴在顶部区域声流速最大,在声流作用下,液滴的高温区域扩散至顶部。

关键词：兰姆波非压电基板声热效应热分布声流效应

可重构仿生四足机器人倾覆后恢复机理与特性研究

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农业机械学报 2024年第2期55卷 433-441,458页

作者：张春燕刘玉航丁兵杨杰上海工程技术大学机械与汽车工程学院上海201620 南京农业大学农学院南京210095

农业环境起伏多变,边界模糊,大多呈非结构化分布。四足机器人在复杂农业环境中作业时,易出现因倾覆失去运动能力的情况,因此机器人需具备倾覆后自我恢复能力。传统四足机器人倾覆后恢复多数依靠腿部运动来实现,而可重构四足机器人,可通... 详细信息

农业环境起伏多变,边界模糊,大多呈非结构化分布。四足机器人在复杂农业环境中作业时,易出现因倾覆失去运动能力的情况,因此机器人需具备倾覆后自我恢复能力。传统四足机器人倾覆后恢复多数依靠腿部运动来实现,而可重构四足机器人,可通过躯干与腿部协调运动来实现倾覆后自我恢复。本文基于可重构躯干构型多变,得到了多种仿生形态的可重构四足机器人,规划了基于可重构理论的倾覆后恢复机理。对比倾覆后可重构机器人利用躯干拱起折叠和单侧翻转折叠两种恢复方式,分析R1型、R2型可重构四足机器人恢复的运动特性。利用软件ADAMS进行仿真,对仿真数据进行分析,证明了可重构躯干比刚性躯干更有效地减少了恢复过程中的冲击。最后设计样机并进行实验,验证机理实施的可行性与稳定性,研究结果表明其可降低实现静态自我恢复的难度。

关键词：四足机器人可重构仿生倾覆恢复

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基于2UPU-2SPR的新型五自由度混联机器人

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机械工程学报 2024年

作者：张展魁岳义韦宝琛李修广廖忠骏许朝阳上海工程技术大学机械与汽车工程学院

提出一种2UPU-2SPR(U：虎克铰，P：移动副，R：转动副)的新型两转一移(2R1T)并联机构，该机构中两条SPR运动支链的R副轴线互相垂直，存在两种不同的空间布局方式；两种不同构型在定平台处均存在两条连续转轴，且每个运动支链均提供一个... 详细信息

提出一种2UPU-2SPR(U：虎克铰，P：移动副，R：转动副)的新型两转一移(2R1T)并联机构，该机构中两条SPR运动支链的R副轴线互相垂直，存在两种不同的空间布局方式；两种不同构型在定平台处均存在两条连续转轴，且每个运动支链均提供一个约束，构成空间约束力系。基于所提2UPU-2SPR并联机构设计了一种新型的可用于重载应用领域的五自由度混联机器人，并通过闭环矢量法、Sylvester消元法求解了该混联机器人的解析解逆解；通过提炼关键几何模型，将空间三维问题转化为二维平面问题，获得混联机器人解析正解。基于算例和Adams仿真验证了所推导解析正、逆解模型的正确性。在此基础上，求解了混联机器人的工作空间，并完成了五自由度混联机器人虚拟样机设计。该混联机器人在重载加工领域具有良好的应用前景。

关键词： 2R1T并联机构连续转轴混联机器人解析正逆解

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分布式驱动电动汽车自适应巡航控制策略研究

机械科学与技术 2024年第2期43卷 325-335页

作者：胡胜利张缓缓江忠顺常笑宇上海工程技术大学机械与汽车工程学院上海201620

以分布式驱动汽车为研究对象,针对多目标协同的自适应巡航问题,应用非线性可变车头时距模型,对坡道、弯道工况设计了间距补偿策略,提高实际车间距离信号的准确性;综合考虑车辆行驶安全性,舒适性,节能性,设计了基于模型预测控制(Model pr... 详细信息

以分布式驱动汽车为研究对象,针对多目标协同的自适应巡航问题,应用非线性可变车头时距模型,对坡道、弯道工况设计了间距补偿策略,提高实际车间距离信号的准确性;综合考虑车辆行驶安全性,舒适性,节能性,设计了基于模型预测控制(Model predictive control,MPC)算法、分层控制的自适应巡航控制(Adaptive cruise control,ACC)系统。基于变步长离散化的方法改进ACC系统多目标协同上层控制算法,在保证较长预测时域的基础上提高系统的精确性和实时性。下层控制器中建立逆驱动系统模型、逆制动系统模型,制动/驱动切换逻辑,以车辆整体驱动效率最优为目标设计了期望力矩分配策略。在CarSim/Simulink搭建仿真环境验证了所设计策略的有效性。

关键词：自适应巡航模型预测控制间距补偿策略分布式驱动电动汽车力矩分配

FVIT-YOLO v8:基于多尺度融合注意机制的改进YOLO v8小目标检测

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红外技术 2024年第8期46卷 912-922页

作者：刘富宽罗素云何佳查超能上海工程技术大学机械与汽车工程学院上海201620

本文研究了遥感与无人机航拍图像中的小目标检测问题。由于这类图像存在目标尺度小、目标分布密集、背景复杂等特点,使得特征提取困难。目前针对小目标检测的算法,为了提升精度,大多忽略了参数量与推理速度的影响,这使得算法缺乏实用性... 详细信息

本文研究了遥感与无人机航拍图像中的小目标检测问题。由于这类图像存在目标尺度小、目标分布密集、背景复杂等特点,使得特征提取困难。目前针对小目标检测的算法,为了提升精度,大多忽略了参数量与推理速度的影响,这使得算法缺乏实用性。针对上述问题,本文提出了一种基于轻量化的多尺度融合注意机制的改进YOLO v8小目标检测算法。算法首先在YOLO v8的FPN结构中加入F算子,设计了多尺度特征的加权融合;然后在网络预测层剔除了P4、P5预测层,加入P2层用于小目标的预测;最后对轻量化自注意力机制进行图像输入网格化分割整合改进,并用它替换了FPN中的C2f模块,使得算法具有更好的全局感知能力,并大幅降低了参数量。与YOLO v8s相比,本文算法在DOTA数据集上的mAP提升了4.4%,网络参数量下降了52%,FPS达到了46帧/s。在VisDrone数据集中,本算法在精度上提升了8.2%。

关键词： YOLO v8 小目标检测 Transformer 轻量化实时性

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改进的LQR横向路径跟踪控制器

机械科学与技术 2024年第1期43卷 130-140页

作者：马思群王兆强韩博赵佳伟上海工程技术大学机械与汽车工程学院上海201620

路径跟踪在自动驾驶中起着至关重要的作用。为了保证控制器的实时性并提高路径跟踪控制器的稳定性和自适应性,提出了一种基于改进的LQR算法的横向路径控制策略。首先将汽车的动力学模型拆解为横向误差动力学模型,并以此模型设计了前馈+... 详细信息

路径跟踪在自动驾驶中起着至关重要的作用。为了保证控制器的实时性并提高路径跟踪控制器的稳定性和自适应性,提出了一种基于改进的LQR算法的横向路径控制策略。首先将汽车的动力学模型拆解为横向误差动力学模型,并以此模型设计了前馈+反馈的离散LQR控制器。然后采用模糊控制方法实时根据车辆状态调整LQR的权重系数。此外,为了降低控制器的计算量,设计了基于余弦相似度的更新机制。最后,通过Simulink-Carsim平台对改进的LQR控制器进行双移线路况测试。结果表明,该控制算法在跟踪精度和计算效率方面得到了较大的改善。

关键词：路径跟踪线性二次型调节器(LQR) 拉格朗日乘数法权重自适应控制余弦相似度

大行程推拉电磁驱动微定位平台的内环阻尼与迭代学习控制

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机械科学与技术 2024年第7期43卷 1238-1243页

作者：刘昊赖磊捷上海工程技术大学机械与汽车工程学院上海201620

为了解决音圈电机驱动柔性微定位平台驱动力小和低阻尼谐振等问题,本文采用两侧音圈电机的推拉模式来提升驱动力的大小,并且利用内环阻尼控制器结合迭代学习控制方法来实现平台的精准控制。首先,搭建了互补配置的双音圈电机驱动双平行... 详细信息

为了解决音圈电机驱动柔性微定位平台驱动力小和低阻尼谐振等问题,本文采用两侧音圈电机的推拉模式来提升驱动力的大小,并且利用内环阻尼控制器结合迭代学习控制方法来实现平台的精准控制。首先,搭建了互补配置的双音圈电机驱动双平行四边形柔性机构的微定位平台。其次,设计了内环阻尼速度反馈控制器。然后,采用逆模型迭代学习控制方法来进一步消除周期性的干扰和误差。最后进行了跟踪实验。结果表明:在跟踪1 Hz和2.5 Hz的正弦波时,相比于PI控制,最大误差分别减少74.6%和68.6%,满足微定位平台精准控制的要求。

关键词：阻尼控制迭代学习控制微定位平台音圈电机柔性机构