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新型轮腿复合机器人的运动分析及步态研究

机械工程学报 2019年第15期55卷 145-153页

作者：张程煜郭盛赵福群北京交通大学机械与电子控制工程学院

为提高机器人在复杂环境下执行多种任务的能力,提出了一种通过轮式与足式相互切换实现多种操作模式的新型轮腿复合机器人,给出了机器人初始运动模式以及通过支链变换可实现的其他移动和操作模式。求解了机器人六足和四足行走模式下的运... 详细信息

为提高机器人在复杂环境下执行多种任务的能力,提出了一种通过轮式与足式相互切换实现多种操作模式的新型轮腿复合机器人,给出了机器人初始运动模式以及通过支链变换可实现的其他移动和操作模式。求解了机器人六足和四足行走模式下的运动学与步态问题,根据稳定性几何约束条件,给出了机器人支链末端的可达工作空间与移动过程中的运动轨迹。利用机器人轮式行走状态下全向模式和低重心模式的支链几何关系,给出了两种模式相对应的支链位姿与机器人行走参数。最后,考虑机器人所处不同地形和任务环境,对机器人不同模式间的切换过程进行了运动规划与稳定裕度计算,并在V-REP机器人仿真平台进行虚拟样机仿真。结果证明机器人在运动与模式切换过程中具有良好的稳定性,以及实现多种类型任务的移动和操作能力。

关键词：多操作模式轮腿复合机器人运动学步态规划稳定性

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城际动车组车轴应力谱的极值推断

西南交通大学学报 2021年第3期56卷 634-639,665页

作者：丁然李强王文静北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044

为评估车轴的可靠性或扩展车轴的应力谱,需要预判车轴全寿命期内的最大应力.首先,综合考虑推断精度和统计效率等因素,基于Sturges公式选取0.5 MPa为组距对实测车轴应力-时间历程进行雨流计数,得到车轴应力的经验累积分布函数.其次,针对... 详细信息

为评估车轴的可靠性或扩展车轴的应力谱,需要预判车轴全寿命期内的最大应力.首先,综合考虑推断精度和统计效率等因素,基于Sturges公式选取0.5 MPa为组距对实测车轴应力-时间历程进行雨流计数,得到车轴应力的经验累积分布函数.其次,针对不同的门槛限值计算应力的经验均值超限函数,通过确定经验均值超限函数的拐点确定合理门槛限值.然后,基于Pickands-Balkema-de Haan定理,利用广义帕累托分布拟合车轴应力的超限分布函数,并通过拟合分布外推车轴全寿命期内的最大应力.最后,利用实测车轴应力数据进行了验证.研究结果表明:为评估车轴寿命期内的最大应力,大约需要不少于3000 km的线路测试;基于13.5 t轴重实测数据推断的应力极值比基于14.1 t轴重计算的校核应力高出13%,因此完全按照设计轴重满载运营,需格外谨慎.

关键词：车轴载荷谱分析极值推断可靠性理论

氧气流量对LY12铝合金微弧氧化膜致密性的影响

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材料工程 2019年第5期47卷 86-92页

作者：王玉洁张鹏王选杜云慧王胜林张伟一鹿红梅北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044

通过调整工艺参数与氧气流量在LY12铝合金表面获得均匀、致密的微弧氧化膜层。利用SEM、XRD及电化学工作站等研究膜层的厚度、微观形貌、相组成以及耐腐蚀性能,讨论通氧微弧氧化作用机制,并分析氧气流量对膜层致密性的影响。结果表明:... 详细信息

通过调整工艺参数与氧气流量在LY12铝合金表面获得均匀、致密的微弧氧化膜层。利用SEM、XRD及电化学工作站等研究膜层的厚度、微观形貌、相组成以及耐腐蚀性能,讨论通氧微弧氧化作用机制,并分析氧气流量对膜层致密性的影响。结果表明:膜层厚度随电压、氧化时间和电解液组分浓度的增加呈规律性变化;氧气的助烧结作用能促进致密层的生长,随着氧气流量的增加,致密层厚度呈现先增加后减小的规律;KF 105g/L,KOH 85g/L,NaAlO_2 12g/L,电压110V,氧化时间15min,氧气流量为0.010L/s时得到厚度30μm的致密膜层,自腐蚀电位提高至-0.11V,腐蚀电流密度下降至2.1×10^(-6)A/cm^2,比铝合金基体降低2个数量级以上,表现出良好的耐腐蚀性。

关键词：铝合金微弧氧化氧气流量致密层耐腐蚀性

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基于MSK-SVM的滚动轴承故障诊断方法

电子测量与仪器学报 2022年第1期36卷 109-117页

作者：焦静岳建海裴迪北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044

针对非线性支持向量机分类准确率受核函数影响的问题,提出一种多尺度核支持向量机(multi-scale kernel support vector machine,MSK-SVM)分类模型,并将该模型应用于滚动轴承故障诊断。该模型在常用的多项式核、高斯核和Sigmoid核函数基... 详细信息

针对非线性支持向量机分类准确率受核函数影响的问题,提出一种多尺度核支持向量机(multi-scale kernel support vector machine,MSK-SVM)分类模型,并将该模型应用于滚动轴承故障诊断。该模型在常用的多项式核、高斯核和Sigmoid核函数基础上,引入了Morlet、Marr和DOG小波核函数。利用不同核函数的全局性和局部性以及核函数尺度参数不同作用范围不同的特点,组合具有不同特性及不同尺度参数的核函数作为多尺度核。基于梯度下降法,自适应地确定多尺度核函数权值,得到MSK-SVM滚动轴承故障诊断模型。为说明算法有效性,分别基于滚动轴承故障数据集和全寿命周期数据集进行了实验验证,并分析了基于不同特性MSK和相同特性MSK的SVM模型分类性能。结果表明本文所提模型较传统单个核函数SVM分类准确率更高,且具有良好的泛化能力。

关键词：多尺度核支持向量机故障诊断滚动轴承

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基于损伤累积模型的可靠度保守估计方法

上海交通大学学报 2019年第10期53卷 1225-1229页

作者：丁然李强北京交通大学机械与电子控制工程学院

提出一种通过代数和计算可靠度保守估计的方法,导出了损伤服从不同分布时可靠度保守估计的条件.结合应用实例,对比本文计算结果和Monte-Carlo模拟结果,验证了本文所提方法的可行性与合理性.

关键词：疲劳寿命分析损伤累积模型可靠度估计中心极限定理

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XSSD-P:改进的SSD行人检测算法

计算机工程与应用 2022年第23期58卷 132-141页

作者：鲍文斌张冬泉北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044

SSD(single shot multi-box detector)是目前广泛应用于行人检测的神经网络算法,为了提高其检测精度和检测速度,对SSD算法进行了有效改进(改进后的算法称为XSSD-P)。选择Xception网络作为XSSD-P算法的骨干网络并重新选择用于预测的特征... 详细信息

SSD(single shot multi-box detector)是目前广泛应用于行人检测的神经网络算法,为了提高其检测精度和检测速度,对SSD算法进行了有效改进(改进后的算法称为XSSD-P)。选择Xception网络作为XSSD-P算法的骨干网络并重新选择用于预测的特征层;根据行人外形尺寸的特征设计了多尺度卷积核和基础锚框,并将二者耦合,基础锚框通过调节自身大小得到锚框(anchors)用于位置回归;再使用深度可分离卷积代替常规卷积在特征图上进行预测,实现了行人的有效检测。在INRIA数据集、VOC数据集和COCO数据集上进行检测精度对比测试,与SSD以及其他主流算法相比,XSSD-P算法在行人检测方面拥有更高的检测精度,并在Caltech行人数据集和MIT行人数据集中验证了XSSD-P算法的泛化性能。在检测速度方面,与SSD算法相比,XSSD-P算法的检测速度高出30 FPS,提高了42.86%。实验结果表明,XSSD-P的检测精度和检测速度均优于SSD算法。

关键词：行人检测 SSD算法卷积神经网络多尺度卷积核 Xception网络

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单自由度八面体概率滚动机器人

机械工程学报 2020年第7期56卷 44-51页

作者：关永瀚姚燕安刘超北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044

提出一种由10个连杆,12个转动副构成具有八面体几何形态的单自由度概率滚动机器人,利用单自由度缩放变形实现定向前进步态和概率转向步态交替进行的翻滚运动。运用螺旋理论计算自由度,进行运动学分析和运动可行性分析,讨论了稳定性和翻... 详细信息

提出一种由10个连杆,12个转动副构成具有八面体几何形态的单自由度概率滚动机器人,利用单自由度缩放变形实现定向前进步态和概率转向步态交替进行的翻滚运动。运用螺旋理论计算自由度,进行运动学分析和运动可行性分析,讨论了稳定性和翻滚条件,建立动力学模型进行仿真。在进行定向前进步态时机器人的移动方向是确定的;在进行概率转向步态时机器人有三个可能的移动方向,这个随机过程在理想条件下符合概率为1/3的拉普拉斯试验。机器人的移动路径为正交网格结点连线,可以实现遍历运动,提出了运动控制算法并进行运动仿真。制作一台原理样机进行运动试验,验证了前进和转向功能。

关键词：滚动机器人单自由度八面体概率运动

胶层厚度对碳纤维/双马来酰亚胺树脂复合材料平-折-平混合连接接头力学性能的影响

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复合材料学报 2020年第11期37卷 2825-2832页

作者：刘志明许昶北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044

以碳纤维/双马来酰亚胺(BMI)树脂复合材料平-折-平(FJF)连接接头为对象,通过试验对比分析了特定胶层厚度下碳纤维/BMI树脂复合材料FJF连接接头的静强度和疲劳性能,并探究了胶层厚度对碳纤维/BMI树脂复合材料FJF混合接头力学性能的影响... 详细信息

以碳纤维/双马来酰亚胺(BMI)树脂复合材料平-折-平(FJF)连接接头为对象,通过试验对比分析了特定胶层厚度下碳纤维/BMI树脂复合材料FJF连接接头的静强度和疲劳性能,并探究了胶层厚度对碳纤维/BMI树脂复合材料FJF混合接头力学性能的影响。利用背面应变技术对碳纤维/BMI树脂复合材料FJF混合接头搭接区端部胶层开裂进行监测。利用有限元软件ABAQUS对不同胶层厚度下碳纤维/BMI树脂复合材料FJF混合接头搭接区胶层应力分布进行了分析。结果表明,碳纤维/BMI树脂复合材料FJF混合接头的平均拉伸极限载荷、搭接区端部胶层开裂平均循环次数和平均疲劳寿命均随着胶层厚度在0.1~0.3 mm范围内增加而增大。不同胶层厚度的碳纤维/BMI树脂复合材料FJF混合接头均经历相同的失效阶段,即搭接区胶层端部开裂,胶层沿搭接区断裂扩展,最终靠近加载端孔边拉伸断裂,呈±45°断口。随着胶层厚度在0.1~0.3 mm范围的增加,搭接区端部胶层剥离应力、剪切应力及孔边胶层压缩应力均减小。在胶层厚度为0.1~0.3 mm范围内,剪应力是胶层破坏的控制因素。

关键词：碳纤维双马来酰亚胺(BMI)树脂复合材料平-折-平(FJF)混合连接接头胶层厚度静强度疲劳寿命胶层应力

一种元卷积网络和持续学习融合的洞库类目标识别方法

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北京理工大学学报 2020年第6期40卷 655-660页

作者：陈科山薛旭贾博然宋鹏亮梅育青北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044

洞库类目标是高价值识别目标,针对洞库类目标样本数据难以获得、样本内部数据相似度较高、人工设计识别特征方法局限性较大、普通深度网络需要海量数据等问题,提出了结合元学习和深度卷积网络的元-卷积网络(MCNN),并融合持续学习理论的... 详细信息

洞库类目标是高价值识别目标,针对洞库类目标样本数据难以获得、样本内部数据相似度较高、人工设计识别特征方法局限性较大、普通深度网络需要海量数据等问题,提出了结合元学习和深度卷积网络的元-卷积网络(MCNN),并融合持续学习理论的洞库类目标识别方法(MCNN-LLS).首先结合深度卷积网络、元学习的理论建立元-卷积网络,该网络可利用旧知识指导新知识的训练,利用小样本数据即可训练得到识别能力较高的深度洞库模型;然后融合持续学习理论,建立持续学习系统(LLS),设计专家审核模型判别深度洞库模型的识别结果,并引入潜在任务、模型异步更新等方法,达到模型持续学习、持续更新的效果.实验表明,本文方法所需样本数量少,对洞库类目标识别准确率高,且识别能力可随识别过程中新数据的积累逐步提高.

关键词：洞库类目标目标识别深度卷积网络元学习持续学习