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基于深度强化学习的工业机器人数字孪生模型更新方法

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航空制造技术 2024年第11期67卷 48-55页

作者：段现银秦志强唐小卫向峰武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室武汉430081 华中科技大学武汉430074

工业机器人的数字孪生模型能够模拟真实世界中工业机器人的行为和性能,但其仿真精度会受场景更新和设备磨损等使役工况的影响而下降。对此,本文提出了一种基于深度强化学习的工业机器人数字孪生模型更新方法。该方法应用仿真工具Coppeli... 详细信息

工业机器人的数字孪生模型能够模拟真实世界中工业机器人的行为和性能,但其仿真精度会受场景更新和设备磨损等使役工况的影响而下降。对此,本文提出了一种基于深度强化学习的工业机器人数字孪生模型更新方法。该方法应用仿真工具Coppeliasim建立了工业机器人数字孪生模型,同时基于深度确定性策略梯度(DDPG)算法对数字孪生模型的PID参数、关节阻尼等关键参数进行优化,实现模型的参数更新,提高模型精度。最后,通过ABB–IRB2400工业机器人仿真同步试验,验证了所提方法的有效性。

关键词：深度强化学习工业机器人数字孪生深度确定性策略梯度(DDPG) 模型更新

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基于模式识别的结构健康监测异常数据诊断

建筑结构学报 2024年第3期45卷 113-122页

作者：高珂翁顺陈志丹朱宏平夏勇华中科技大学土木与水利学院湖北武汉430074 华中科技大学控制结构湖北省重点实验室湖北武汉430074 国家数字建造技术创新中心湖北武汉430074 香港理工大学土木与环境工程系中国香港999077

实际结构监测中不可避免出现异常数据,干扰结构的安全评估并引起误判。针对实际监测中多类型异常数据检测效率低和检测结果不准确的问题,提出一种基于特征提取和模式识别神经网络(PRNN)的多类型异常数据识别方法。针对不同类型异常数据... 详细信息

实际结构监测中不可避免出现异常数据,干扰结构的安全评估并引起误判。针对实际监测中多类型异常数据检测效率低和检测结果不准确的问题,提出一种基于特征提取和模式识别神经网络(PRNN)的多类型异常数据识别方法。针对不同类型异常数据的特点建立特征指标集合,通过特征提取将冗长原始样本转化为简短特征向量,显著提高了数据处理和异常检测的效率;进一步引入极坐标化AUCs曲线对多种异常的识别效果进行精确描述,提高了特征指标选取和网络参数调节的优化效率。建立武汉长江航运中心(335 m)健康监测系统,采用该超高层建筑的监测数据对所提方法的精度和效率予以验征。结果表明,基于特征提取和PRNN的多类型异常数据识别方法对6种数据异常的识别准确率达到99.7%,且运算时长仅为深度学习方法的数十分之一。

关键词：结构健康监测异常数据检测模式识别神经网络特征提取极坐标化AUCs曲线

造孔剂种类对数字光处理成形多孔Si_(3)N_(4)陶瓷性能的影响

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机械工程学报 2024年第11期60卷 273-282页

作者：吴亚茹张振雨张扬泽吴甲民田冲黄海露林鑫史玉升华中科技大学材料科学与工程学院武汉430074 华中科技大学材料成形与模具技术全国重点实验室武汉430074 增材制造陶瓷材料教育部工程研究中心武汉430074 西北工业大学凝固技术国家重点实验室西安710072 西北工业大学金属高性能增材制造与创新设计工业和信息化部重点实验室西安710072

多孔Si_(3)N_(4)陶瓷由于其优秀的性能而被应用于航空航天等领域,添加造孔剂法是一种有效制备多孔Si_(3)N_(4)陶瓷的方法。采用数字光处理(Digital light processing,DLP)技术结合添加造孔剂法制备多孔Si_(3)N_(4)陶瓷,系统地研究了淀... 详细信息

多孔Si_(3)N_(4)陶瓷由于其优秀的性能而被应用于航空航天等领域,添加造孔剂法是一种有效制备多孔Si_(3)N_(4)陶瓷的方法。采用数字光处理(Digital light processing,DLP)技术结合添加造孔剂法制备多孔Si_(3)N_(4)陶瓷,系统地研究了淀粉、稻壳粉、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)四种造孔剂对多孔Si_(3)N_(4)陶瓷性能的影响规律。研究表明,造孔剂粉体颗粒比表面积的不同对浆料黏度有所影响,其中,稻壳粉比表面积最大,其浆料黏度最小。同时,陶瓷浆料中固相含量的升高会导致固化深度降低;而固体颗粒的平均粒径增大会降低对紫外光的散射,使固化深度升高。此外,造孔剂的物理性质与形态差异会对素坯与烧结样品的微观形貌产生影响,但不影响多孔Si_(3)N_(4)陶瓷的相转变过程与断裂方式。多孔Si_(3)N_(4)陶瓷的抗弯强度随着孔隙率的增加而减小,而孔隙率则与造孔剂自身的物理性质和所形成孔隙的特点密切相关。综合考虑不同造孔剂对陶瓷浆料黏度和固化深度以及DLP打印素坯的质量与烧结样品性能的影响,选用PMMA造孔剂比较合适。添加10%PMMA作为造孔剂时,多孔Si_(3)N_(4)陶瓷的综合性能较好,体积密度为2.66 g/cm^(3),孔隙率为20.10%,抗弯强度为463.43 MPa。

关键词：多孔Si_(3)N_(4)陶瓷数字光处理技术造孔剂孔隙率抗弯强度

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面向原位建造的月壤采集技术研究进展及展望

华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第8期52卷 65-75,90页

作者：周诚李浩然韩文彬朱泽洋华中科技大学国家数字建造技术创新中心湖北武汉430074 华中科技大学土木与水利工程学院湖北武汉430074

面向原位建造任务,综述了前苏联Luna计划、美国Apollo计划及中国嫦娥五号月壤采集过程,从月球极端环境角度分析了原位建造任务的采集需求及采集难点,概述了钻取式、铲挖式、气动式、静电式4种采集方式及原理,探讨了不同采集方式在原位... 详细信息

面向原位建造任务,综述了前苏联Luna计划、美国Apollo计划及中国嫦娥五号月壤采集过程,从月球极端环境角度分析了原位建造任务的采集需求及采集难点,概述了钻取式、铲挖式、气动式、静电式4种采集方式及原理,探讨了不同采集方式在原位建造任务中的应用前景,介绍了月壤采集领域内创新性采集方式及装备,对采集过程的仿真分析、采集器设计与制造和地面实验验证技术进行总结概括,展望了面向月面原位建造的月壤采集技术发展趋势,可为月壤采集技术在月面原位建造领域中的发展及应用提供参考和借鉴,并为未来月球探索和建设提供理论和技术支持.

关键词：原位建造月壤采集原位资源利用月壤采集器采集方式

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地外建造研究进展与科学技术挑战

土木工程学报 2024年第6期57卷 26-42页

作者：丁烈云周诚高玉月韩文彬华中科技大学湖北武汉430074 国家数字建造技术创新中心湖北武汉430074

随着深空科学与深空探测技术的不断发展,NASA、ESA以及其他一些国家纷纷提出地外空间中长期驻留设想及其地外建造相关计划。该文梳理了国内外地外建造相关战略,系统分析了地外建造的概念内涵及其发展;总结了地外建造结构设计、材料制备... 详细信息

随着深空科学与深空探测技术的不断发展,NASA、ESA以及其他一些国家纷纷提出地外空间中长期驻留设想及其地外建造相关计划。该文梳理了国内外地外建造相关战略,系统分析了地外建造的概念内涵及其发展;总结了地外建造结构设计、材料制备和建造工艺装备三方面研究进展;进而分析指出地外建造关键科学技术挑战。期待更多的学者关注地外建造这一新的研究领域,为我国深空探测贡献土木工程学科智慧。

关键词：地外建造极端环境资源利用结构设计材料成形

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面向多联体叶片的机器人喷涂无干涉路径规划

机械工程学报 2024年第1期60卷 210-219页

作者：漆琪刘礼祥杨吉祥丁汉华中科技大学智能制造装备与技术全国重点实验室武汉430074 中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司沈阳110043

多联体叶片存在曲面复杂、叶片间距小等结构特点。等离子喷涂为铸造多联体叶片的重要工序,可使叶片表面强化与改性,其喷涂质量直接决定叶片的成品率与性能。现有的机器人等离子喷涂的路径生成主要依靠手动示教,而喷涂过程中的喷涂距离... 详细信息

多联体叶片存在曲面复杂、叶片间距小等结构特点。等离子喷涂为铸造多联体叶片的重要工序,可使叶片表面强化与改性,其喷涂质量直接决定叶片的成品率与性能。现有的机器人等离子喷涂的路径生成主要依靠手动示教,而喷涂过程中的喷涂距离与喷涂夹角无法量化导致喷涂质量不均且示教方法繁琐、效率低。基于此,提出一种面向多联体叶片的工业机器人等离子喷涂无干涉路径生成及光顺方法。首先,根据CAD模型,将多联体叶片型面转为非均匀有理B样条(NURBS)曲面,利用NURBS曲面解析特性,生成约束喷涂行距与喷涂叶片边缘距离的初始路径点;然后将喷涂焰流简化为方向包围盒,将干涉曲面转为三角面片,采用基于分离轴检测的方法进行碰撞干涉检测,生成考虑最小喷涂倾角约束的喷涂姿态。采用基于球面样条四元数插值变步长姿态优化方法进行姿态光顺,生成无干涉且路径光顺的喷涂路径。经过仿真与实验验证,提出干涉避免算法能有效避免喷涂过程中的干涉现象。对比未光顺路径,所提出算法机器人运行效率提高52.6%,机器人振动下降,运行更加平稳,其中关节加速度最大下降55.8%,最小下降2.9%,末端瞬时加速度最大下降39.6%,最小下降14.4%。

关键词：多联体叶片机器人喷涂干涉检测路径光顺

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基于泄漏率预测模型的蝶阀密封性能研究

华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第7期52卷 99-105页

作者：熊江帆卜玉兵张国军许国良中广核工程有限公司核电安全技术与装备全国重点实验室广东深圳518172 华中科技大学能源与动力工程学院湖北武汉430074

为提高事故工况下安全壳隔离阀的密封性能,以某DN250蝶阀为研究对象,提出一种泄漏率预测方法.联合微细尺度下的密封副接触界面间隙流动的数值仿真和宏观尺度下的密封副力学变形特性仿真,建立了泄漏率与各种因素之间的定量关系.通过与实... 详细信息

为提高事故工况下安全壳隔离阀的密封性能,以某DN250蝶阀为研究对象,提出一种泄漏率预测方法.联合微细尺度下的密封副接触界面间隙流动的数值仿真和宏观尺度下的密封副力学变形特性仿真,建立了泄漏率与各种因素之间的定量关系.通过与实验测量结果比较验证了模型的有效性.将该模型应用于密封性能影响因素分析,结果表明:减小密封面粗糙度、增大密封副过盈量,严格防止阀板负角度位移发生等,可以有效控制蝶阀的泄漏率,而材料硬度对泄漏率的影响并不显著.在分析的基础上,提出以泄漏率为直接指标确定阀门密封副最小过盈量的方法,可有效指导阀门密封副的设计与维护.

关键词：蝶阀泄漏率预测模型粗糙度过盈量

航空导向器复杂零件三维测点处理与喉道面积精确计算

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中国机械工程 2024年

作者：王东方蒋诚龚博悦李文龙江汉大学智能制造学院华中科技大学智能制造装备与技术全国重点实验室

导向器是航空发动机的重要部件，喉道面积作为其关键参数直接影响发动机动力性能。针对导向器喉道面积测量，现有的检测方法存在测量效率低、喉道面积估计不准确的问题。本文提出了一种航空导向器三维测点处理与喉道面积精确计算方法，... 详细信息

导向器是航空发动机的重要部件，喉道面积作为其关键参数直接影响发动机动力性能。针对导向器喉道面积测量，现有的检测方法存在测量效率低、喉道面积估计不准确的问题。本文提出了一种航空导向器三维测点处理与喉道面积精确计算方法，该方法包括方差最小化配准、同心圆柱截面生成、尾缘最近点查找、喉道轮廓提取与面积计算等步骤。将所提方法与三坐标测量计算方法在多联叶片导向器样件上开展对比实验，实验结果表明所提方法相较于三坐标测量方法得到的喉道面积更加精确，多次测量计算结果具有较高的检测一致性。

关键词：航空导向器方差最小化匹配喉道面积三维测点处理

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同方期刊数据库

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智能制造测量机器人关键技术研究综述

机械工程学报 2024年第16期 1-18页

作者：王耀南谢核邓晶丹毛建旭李文龙张辉湖南大学机器人学院华中科技大学智能制造装备与技术全国重点实验室

复杂曲面构件是航空航天、海洋舰船等领域高端装备的核心组成部分，其测量精度对保障高端装备制造品质具有不可替代的基础支撑作用。为克服传统手工、专机等制造方式的局限性，三维视觉引导的机器人系统为复杂曲面构件的高端化智能化加... 详细信息

复杂曲面构件是航空航天、海洋舰船等领域高端装备的核心组成部分，其测量精度对保障高端装备制造品质具有不可替代的基础支撑作用。为克服传统手工、专机等制造方式的局限性，三维视觉引导的机器人系统为复杂曲面构件的高端化智能化加工提供新思路，并逐渐成为机器人化智能制造领域的研究热点。综述围绕机器人三维测量方法，首先根据传感器类型和应用场景，对不同制造场景的测量方案特点进行全面归纳，以帮助研究人员快速全面地认识和理解该领域。然后按照测量流程，将关键核心技术归纳为系统标定、测量规划、点云融合、特征识别等，综述各类别近十年的主要研究成果，分析现有研究存在的不足。最后总结机器人测量面临的技术挑战，并从应用场景、测量需求、测量手段等方面对未来的发展趋势进行了展望。

关键词：智能制造机器人测量系统标定扫描规划特征识别