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基于改进YOLOv7-seg的黄花菜检测与分割方法

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农业工程学报 2024年第9期40卷 146-153页

作者：姚涛谈志鹏程娥吴利刚山西大同大学机电工程学院大同037003 河北工业大学机械工程学院天津300130

目标检测与分割是实现黄花菜智能化采摘的关键技术,原始目标检测算法容易出现漏检、误检等问题,无法满足自然环境下生长的黄花菜采摘要求。该研究提出一种基于改进YOLOv7-seg的黄花菜目标检测与实例分割算法模型(YOLO-Daylily)。通过在Y... 详细信息

目标检测与分割是实现黄花菜智能化采摘的关键技术,原始目标检测算法容易出现漏检、误检等问题,无法满足自然环境下生长的黄花菜采摘要求。该研究提出一种基于改进YOLOv7-seg的黄花菜目标检测与实例分割算法模型(YOLO-Daylily)。通过在YOLOv7-seg骨干网络(backbone)中引入CBAM(convolutional block attention module)注意力机制模块,降低背景等干扰因素的影响;在ELAN(efficient layer aggregation networks)模块中采用PConv(partial convolution)替换原有的3×3卷积层,减少冗余计算和内存访问,提升对目标黄花菜特征提取的能力。颈部网络(neck)采用坐标卷积(CoordConv)替换PA-FPN(path aggregation-feature pyramid networks)中1×1卷积层,增强模型对位置的感知,提高掩膜(mask)鲁棒性。在改进的PA-FPN结构中采用残差连接方法将浅层特征图几何信息与深层特征图语义信息特征相结合,提高模型对目标黄花菜的检测分割性能。消融试验表明:改进后的模型检测准确率、召回率和平均精度分别达到92%、86.5%、93%,相比YOLOv7-seg基线模型分别提升2.5、2.3、2.7个百分点;分割准确率、召回率和平均精度分别达到92%、86.7%、93.5%,比基线模型分别提升0.2、3.5、3个百分点。与Mask R-CNN、SOLOv2、YOLOV5-seg、YOLOv5x-seg算法相比,平均精度分别提升8.4、12.7、4.8、5.4个百分点。改进后的模型减少了漏检、误检等情况,对目标定位更加精准,为后续黄花菜智能化采摘实际应用提供理论支持。

关键词：图像处理机器视觉目标检测深度学习 YOLOv7 实例分割黄花菜

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多翼瞬态差速展开机构设计与动力学参数优化

机械工程学报 2024年第15期 113-122页

作者：翟广庆肖洪郭宏伟陶建国刘荣强邓宗全哈尔滨工业大学机电工程学院

针对空间机构对少驱动多输出及快速作动需求，提出了单驱动多翼瞬态差速展开机构，具有瞬态响应、单输入、多输出、过程差速、同步到位的特点；分析了在火工驱动下，机构瞬态运动，机构参数对各曲柄输出到位冲击及机构传动效率的影响；... 详细信息

针对空间机构对少驱动多输出及快速作动需求，提出了单驱动多翼瞬态差速展开机构，具有瞬态响应、单输入、多输出、过程差速、同步到位的特点；分析了在火工驱动下，机构瞬态运动，机构参数对各曲柄输出到位冲击及机构传动效率的影响；为解决不同输出运动过程中相互干涉问题，实现多输出差速运动、同步到位，确定了上曲柄输出与左曲柄输出运动角位移约束条件，同时，以降低火工驱动下各曲柄输出到位角速度与提高展开机构整体传动效率为优化指标，对差速展开机构进行参数多目标优化；分析并求解了优化后的展开机构动力学特性及各曲柄输出角速度变化，结果显示不同曲柄输出可实现差速同步到位；对比了参数优化前后的机构指标，优化后的机构展开到位时间、到位能量冲击等都有明显改善；搭建了多翼瞬态差速展开机构样机进行实验测试，将实验获得各曲柄输出角速度与所建立动力学模型求解结果进行对比，验证了动力学模型的合理性及机构的可行性。

关键词：瞬态机构差速机构参数优化动力学

基于负载口独立的液压式波浪能转换器捕获性能研究

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机械工程学报 2024年第6期60卷 386-397页

作者：刘常海赵志学胡敏燕浩杨庆俊包钢曾亿山合肥工业大学机械工程学院合肥230009 浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室杭州310027 哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001

为提高液压式波浪能转换装置的运行特性,提出一种基于负载口独立的液压式波浪能提能系统。以筏式波浪能转换装置为例,建立浮子水动力模型和非线性液压提能系统数学模型,结合实际海域波浪的特点,在不规则波下对其动力响应进行研究,探究... 详细信息

为提高液压式波浪能转换装置的运行特性,提出一种基于负载口独立的液压式波浪能提能系统。以筏式波浪能转换装置为例,建立浮子水动力模型和非线性液压提能系统数学模型,结合实际海域波浪的特点,在不规则波下对其动力响应进行研究,探究不规则波浪参数和液压提能系统参数对装置捕获性能的影响规律。结果表明,基于负载口独立的液压式波浪能提能系统,可较大程度地提高装置的捕获性能;在同一峰值波浪周期下,有义波高越大装置的捕获宽度比越大;在同一有义波高下,随着峰值波浪周期的增大,捕获宽度比先增大后减小;随着液压缸活塞面积、液压缸铰接距离和发电机等效阻尼系数的增大,捕获宽度比增大;随着液压缸活塞杆面积与活塞面积比、液压马达排量的增大,捕获宽度比减小;高压蓄能器预充气压力对捕获宽度比几乎无影响,高压蓄能器初始体积越大,捕获宽度比略减小。

关键词：负载口独立液压系统波浪能提能系统捕获性能

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基于混联机床的螺旋桨双面加工后置处理算法

哈尔滨工程大学学报 2024年

作者：葛昱昊郭祥雨王瑞哈尔滨工业大学(威海)海洋工程学院哈尔滨工业大学机电工程学院

针对船用螺旋桨传统加工方法效率、精度较低的问题，本文基于两套XYZ-3RPS混联加工装置，研究了螺旋桨桨叶的双面协同加工方法。在此基础上，根据螺旋桨的几何特性开发了后置处理算法。首先，通过两侧刀位数据对齐实现了两侧刀具在桨叶... 详细信息

针对船用螺旋桨传统加工方法效率、精度较低的问题，本文基于两套XYZ-3RPS混联加工装置，研究了螺旋桨桨叶的双面协同加工方法。在此基础上，根据螺旋桨的几何特性开发了后置处理算法。首先，通过两侧刀位数据对齐实现了两侧刀具在桨叶表面内部区域的对称加工；其次，通过两侧刀具在桨叶表面边缘区域的错位走刀，避免了碰撞；然后，通过分段五次插值及超限校验算法，实现了平滑稳定的加工过程。最后，通过仿真和实际加工实验，验证了后置处理算法的有效性与可行性。

关键词：螺旋桨混联机床双面加工后置处理双曲线插补运动学分析分段插值超限校验

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半球谐振子关键性能及制造工艺研究新进展

机械工程学报 2024年第3期60卷 354-372页

作者：马传震刘赫男陈明君田金川周子涵孙建刚秦彪哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150001 哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001

半球谐振陀螺具有结构简单、精度高、可靠性高、工作寿命长等特性,在国防军事、通信卫星、载人航天、天文观测、海洋工程等领域具有重大应用场景。半球谐振子作为半球谐振陀螺仪的核心器件,其加工质量直接影响半球谐振子的频率裂解和品... 详细信息

半球谐振陀螺具有结构简单、精度高、可靠性高、工作寿命长等特性,在国防军事、通信卫星、载人航天、天文观测、海洋工程等领域具有重大应用场景。半球谐振子作为半球谐振陀螺仪的核心器件,其加工质量直接影响半球谐振子的频率裂解和品质因数,进而影响半球谐振陀螺仪的工作精度和使用寿命,因此非常有必要对半球谐振子的性能及制造工艺进行研究。主要从半球谐振陀螺仪工作原理和研究历程、半球谐振子的频率裂解和品质因数、半球谐振子的制造工艺三个方面进行综述,重点分析了半球谐振子的频率裂解与品质因数的研究方法和最新进展以及半球谐振子的超精密磨削工艺和抛光工艺,并探讨分析了其在发展过程中面临的挑战和仍需要解决的问题,希望为后续精确计算、测量半球谐振子的频率裂解和品质因数,改进半球谐振子的制造工艺,提高半球谐振陀螺仪的导航精度提供参考。

关键词：半球谐振子频率裂解品质因数制造工艺

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3D打印制备金属盐掺杂熔石英玻璃

硅酸盐学报 2024年第5期52卷 1562-1569页

作者：彭可付华龙于天宇吴攀姚佳慧陈明君哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150001 哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001

增材制造技术在制造复杂形状零件方面具有显着的优势,然而熔石英玻璃的3D打印技术仍有待开发。基于液晶显示3D打印成型技术,研究了脱脂、金属掺杂、烧结等工艺,并制备了致密透明的熔石英玻璃样件,研究掺杂Cr^(^(3+))、Co^(^(2+))2种金... 详细信息

增材制造技术在制造复杂形状零件方面具有显着的优势,然而熔石英玻璃的3D打印技术仍有待开发。基于液晶显示3D打印成型技术,研究了脱脂、金属掺杂、烧结等工艺,并制备了致密透明的熔石英玻璃样件,研究掺杂Cr^(^(3+))、Co^(^(2+))2种金属离子的熔石英玻璃致密化和光学吸收特性。研究发现掺杂含Cr^(^(3+))、Co^(^(2+))2种金属离子的熔石英玻璃具有独特的光学吸收性能,掺杂熔石英玻璃能保持无定型结构,可对特定波段光谱进行过滤,掺杂Cr^(^(3+))的绿色熔石英玻璃对波长471nm的蓝光和波长660 nm的红光过滤明显;掺杂Co^(^(2+))的蓝色熔石英玻璃对波长597 nm的黄光和波长662 nm的红光过滤明显,在集成复杂光学元件结构应用方面拥有一定的潜力。

关键词：熔石英玻璃液晶显示成型 3D打印金属盐掺杂

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半球谐振子几何参量对其热弹性阻尼影响研究

机械工程学报 2024年第1期60卷 75-84页

作者：马传震刘赫男陈明君程健田金川周子涵哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001 中国船舶航海保障技术实验室天津300131

半球谐振子作为半球谐振陀螺仪的核心器件,其加工质量直接影响谐振子的性能参数,进而影响半球谐振陀螺仪的工作精度和使用寿命,因此非常有必要对半球谐振子的性能与其几何参量的映射关系进行研究。本研究以直径为30 mm的熔石英半球谐振... 详细信息

半球谐振子作为半球谐振陀螺仪的核心器件,其加工质量直接影响谐振子的性能参数,进而影响半球谐振陀螺仪的工作精度和使用寿命,因此非常有必要对半球谐振子的性能与其几何参量的映射关系进行研究。本研究以直径为30 mm的熔石英半球谐振子为研究对象,分析其能量损耗的形式、机理,针对谐振子几何参量对其热弹性阻尼的影响进行研究,建立半球谐振子热弹性阻尼能量损耗模型,分析谐振子结构参数、加工误差、表面质量对其能量损耗的影响规律,探究不同几何参量变化对能量损耗的敏感性,结果表明谐振子壳体结构和过渡圆角参数对其热弹性阻尼影响较大,加工误差导致的壁厚不均匀高于半径不均匀对其热弹性阻尼的影响;壳体半径由10mm增至15mm,QTED减小幅度为61%,亚表面损伤层厚度从0增至100μm,QTED减小至其原值的7.5%,研究结果可为半球谐振子专用机床误差分配设计及其高性能制造研究提供参考。

关键词：半球谐振子几何参量热弹性阻尼高性能制造

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基于深度学习的海工平台运动预测

哈尔滨工业大学学报 2024年第8期56卷 163-170页

作者：薛佳帆张航维何广华姜泽成哈尔滨工业大学(威海)海洋工程学院山东威海264209 哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001 山东船舶技术研究院山东威海264209

为提高海上作业装备的安全性能,实现海上结构物运动的实时预报,本研究利用了一种卷积神经网络(convolutional neural network, CNN)方法与长短期记忆(long short-term memory, LSTM)方法混合的深度学习模型用于运动预测,该混合模型运用... 详细信息

为提高海上作业装备的安全性能,实现海上结构物运动的实时预报,本研究利用了一种卷积神经网络(convolutional neural network, CNN)方法与长短期记忆(long short-term memory, LSTM)方法混合的深度学习模型用于运动预测,该混合模型运用CNN提取运动数据的特征,采用LSTM学习提取出的特征间的时间关系,并结合贝叶斯(Bayesian)优化算法优化混合模型的超参数。首先,对海工平台进行数值仿真,将得到的纵荡运动数据作为实验数据。其次,将数据集划分为训练集、验证集与测试集,利用训练集与验证集进行训练与验证,获得6、12、18 s运动最优预测模型,并利用测试集与LSTM模型进行比较。结果表明:混合模型在6、12、18 s预测上相比于LSTM等模型,预测精度可以提高15%~30%。除此之外,本研究还分别探究了预测精度与输入时长、预测时长之间的关系,结果显示预测精度受输入时长的影响较小,但随着预测时长的增加近似呈线性下降趋势。最后结合训练耗时证明了混合模型相比于LSTM等模型更具有优势。

关键词：贝叶斯优化自动机器学习运动预测 CNN LSTM

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采用改进递归最小二乘法的电动负载模拟器参数在线辨识

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机械科学与技术 2024年

作者：夏玉香李成成李跃峰兰州交通大学机电工程学院哈尔滨工业大学机电工程学院

针对电动负载模拟器在线参数辨识过程中传感器噪声及较小的遗忘因子可能导致的辨识过程不收敛问题，本文通过在传统最小二乘算法中引入低通滤波器和协方差矩阵重调，提出一种改进的带遗忘因子递归最小二乘在线参数辨识方法(IFRLS)。首... 详细信息

针对电动负载模拟器在线参数辨识过程中传感器噪声及较小的遗忘因子可能导致的辨识过程不收敛问题，本文通过在传统最小二乘算法中引入低通滤波器和协方差矩阵重调，提出一种改进的带遗忘因子递归最小二乘在线参数辨识方法(IFRLS)。首先，建立了电动负载模拟器的加载数学模型，设计了辨识过程中的滤波方法。其次，在传统带遗忘因子最小二乘算法的基础上引入协方差重调，解决了辨识结果不收敛问题。最后，进行在线参数辨识实验和辨识准确性验证实验。实验结果表明：该方法解决了辨识过程不收敛问题，并实现了电动负载模拟器全部参数的在线辨识，得到的辨识模型与真实模型的拟合度达到93.8%。

关键词：电动负载模拟器改进递归最小二乘法参数辨识协方差矩阵