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用于腹部CT肝脏肿瘤分割的注意力引导模型

哈尔滨工程大学学报 2024年第7期45卷 1400-1405页

作者：于凌涛熊涛王鹏程马英博夏勇强哈尔滨工程大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150001

针对肝脏肿瘤在腹部CT影像中占比低,人为分割与传统分割效果、性能差的问题,本文提出一种高效的两阶段注意力引导的肝脏肿瘤分割模型,该模型由肝脏器官分割模块和肝脏肿瘤分割模块构成。肝脏器官分割模块中凭借卷积神经网络得到肝脏器... 详细信息

针对肝脏肿瘤在腹部CT影像中占比低,人为分割与传统分割效果、性能差的问题,本文提出一种高效的两阶段注意力引导的肝脏肿瘤分割模型,该模型由肝脏器官分割模块和肝脏肿瘤分割模块构成。肝脏器官分割模块中凭借卷积神经网络得到肝脏器官分割图像作为输出,和原始CT影像叠加得到新的输入影像,最后将新输入图像导入肝脏肿瘤分割模块得到精确的肝脏肿瘤分割影像,给出了每个模块的损失函数以监督训练。利用肝脏肿瘤分割挑战提供的数据集进行了实验研究和定性比较分析。结果在Dice系数等指标上优于其他模型,提高了肝脏肿瘤分割准确率和肝脏肿瘤区域定位准确率,从而使分割出的肝脏肿瘤更接近真实边界。

关键词：腹部器官分割医学图像处理腹部CT 肝脏分割肝脏肿瘤分割深度学习注意力引导损失函数

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基于奇异值分解张拉整体结构找形方法

哈尔滨工程大学学报 2024年第5期45卷 957-963页

作者：罗阿妮曹紫莺刘贺平哈尔滨工程大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150001

张拉整体结构是由一组不连续的受压单元包含于连续受拉单元组成的稳定自平衡结构,为了寻找自平衡状态下的构型,引入奇异值分解的方法,将寻找张拉整体结构的自平衡构型问题转化为最小奇异值的判定。通过广义节点坐标和构件之间的连接关... 详细信息

张拉整体结构是由一组不连续的受压单元包含于连续受拉单元组成的稳定自平衡结构,为了寻找自平衡状态下的构型,引入奇异值分解的方法,将寻找张拉整体结构的自平衡构型问题转化为最小奇异值的判定。通过广义节点坐标和构件之间的连接关系建立结构的数学模型;引入力密度的概念,对张拉整体结构进行受力分析,列写包含平衡矩阵的平衡方程;对平衡矩阵进行奇异值分解,利用分解获得的最小奇异值判断平衡方程是否有解,对张拉整体结构是否存在自平衡构型进行初步判定,再依据获得的力密度的均匀性(同组构件力密度大小相等)和正负属性(杆的力密度小于0,索的力密度大于0)对结构自平衡状态进一步判断;通过实例分析对该找形方法的可行性进行了验证,结果表明:该方法可以找到张拉整体结构自平衡构型。本文为寻找自平衡张拉整体结构提供了一种思路。

关键词：张拉整体结构找形方法节点坐标连接矩阵平衡矩阵平衡方程奇异值分解力密度

基于机器学习的磁流变弹性体磁致储能模量的快速准确表征

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物理学报 2024年第16期73卷 152-161页

作者：任航赵丹董立强刘少刚杨金水哈尔滨工程大学机电工程学院哈尔滨150000 哈尔滨工程大学青岛创新发展基地青岛266000

磁流变弹性体在振动控制领域展现出巨大的潜力,但其磁致力学性能的测量过程往往需投入较高的人工与时间成本.本研究旨在利用机器学习方法在小样本试验数据驱动下实现磁流变弹性体磁致力学性能的快速准确预测.基于加装可控磁场的剪切流... 详细信息

磁流变弹性体在振动控制领域展现出巨大的潜力,但其磁致力学性能的测量过程往往需投入较高的人工与时间成本.本研究旨在利用机器学习方法在小样本试验数据驱动下实现磁流变弹性体磁致力学性能的快速准确预测.基于加装可控磁场的剪切流变仪测试了磁流变弹性体(9种配比,4种加载频率)的磁致储能模量.每种样品取5个测试点作为训练集并搭建支持向量回归机器学习模型,从而表征磁流变弹性体的磁致储能模量.结果表明,相较于典型的理论模型,SVR模型仅使用5个样本点即可更准确表征磁流变弹性体磁致储能模量,相关系数高达0.998.另外,SVR模型训练时间仅为0.02 s,可显著加速磁流变弹性体表征的进程.更重要的是,SVR模型具有良好的泛化性,对于不同硅油配比和不同加载频率的磁流变弹性体预测结果的相关系数仍可达0.998以上.因此,机器学习模型可实现磁流变弹性体磁致储能模量的快速准确表征,为新型磁流变材料的研发提供参考.

关键词：磁流变弹性体支持向量回归磁致储能模量

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小型岩孔喷浆机器人设计及其性能分析

哈尔滨工程大学学报 2024年第8期45卷 1599-1606页

作者：张忠林李伟生韩瑞琦李立全张浩飞刘强刘锐哈尔滨工程大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150001

为实现喷浆作业质量均匀稳定,本文针对岩孔喷浆过程中参数的影响及其控制进行研究,采用涂层建模、理论参数计算与实验验证方法,得到了喷枪参数、进给推进速度是关键影响因素结论。建立了涂层质量与喷枪参数模型和喷涂进给速度匹配方程,... 详细信息

为实现喷浆作业质量均匀稳定,本文针对岩孔喷浆过程中参数的影响及其控制进行研究,采用涂层建模、理论参数计算与实验验证方法,得到了喷枪参数、进给推进速度是关键影响因素结论。建立了涂层质量与喷枪参数模型和喷涂进给速度匹配方程,应用于实际喷浆机器人的设计和控制系统中。研制了小型喷浆机器人,完成了喷浆机器人的喷涂实验。实验表明:小型岩孔喷浆机器人可实现对模拟实验隧洞道的喷浆支护作业,本文设计的小型岩孔喷浆机器人能够满足使用要求。

关键词：喷浆机器人喷枪参数喷涂质量控制系统喷浆支护涂层建模喷涂实验隧道模拟系统

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绳索驱动下肢训练机器人系统运动稳定性分析

哈尔滨工程大学学报 2024年第6期45卷 1135-1143页

作者：王砚麟安宗文黄华马强王克义李竞航王燕卓兰州理工大学机电工程学院甘肃兰州750030 哈尔滨工程大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150001

针对绳索驱动下肢训练机器人的稳定性问题,本文建立了绳索驱动下肢训练机器人的运动学和动力学模型,给出了绳索拉力优化解的计算表达式,并推导获得了机器人的系统刚度解析表达式。考虑不同训练对象承受运动强度的能力不同,定义了速度影... 详细信息

针对绳索驱动下肢训练机器人的稳定性问题,本文建立了绳索驱动下肢训练机器人的运动学和动力学模型,给出了绳索拉力优化解的计算表达式,并推导获得了机器人的系统刚度解析表达式。考虑不同训练对象承受运动强度的能力不同,定义了速度影响函数。综合考虑绳索拉力、系统刚度和速度影响函数等因素定义了机器人系统的运动稳定性评价指标,并通过稳定工作空间、抗干扰稳定工作空间和不同训练轨迹的实例计算明确了机器人工作空间内中上部区域的运动稳定性能更好,为运动支链中的过轮运动规划和训练任务规划提供了理论依据。

关键词：绳索驱动机器人下肢训练机器人绳索拉力优化系统刚度运动稳定性运动学动力学速度影响函数稳定工作空间

基于多分辨率-多边形单元建模策略的多材料结构动刚度拓扑优化方法

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工程力学 2024年第2期41卷 222-235页

作者：江旭东马佳琪熊志滕晓艳王亚萍哈尔滨理工大学机械动力工程学院哈尔滨150080 哈尔滨工程大学机电工程学院哈尔滨150001

利用多边形有限单元的高精度求解优势,融合多分辨率拓扑优化方法,实现粗糙位移网格条件下的高分辨率构型设计,由此提出多材料结构动刚度问题的拓扑优化方法。将多边形单元(位移场求解单元)劈分为精细的小单元,构造设计变量与密度变量的... 详细信息

利用多边形有限单元的高精度求解优势,融合多分辨率拓扑优化方法,实现粗糙位移网格条件下的高分辨率构型设计,由此提出多材料结构动刚度问题的拓扑优化方法。将多边形单元(位移场求解单元)劈分为精细的小单元,构造设计变量与密度变量的重叠网格,形成多分辨率-多边形单元的优化建模策略;以平均动柔度最小化为目标和多材料的体积占比为约束,建立多材料结构的动力学拓扑优化模型,通过HHT-α方法求解结构动响应,采用伴随变量法推导目标函数和约束的灵敏度表达式,利用基于敏度分离技术的ZPR设计变量更新方案构建多区域体积约束问题的优化迭代格式;通过典型数值算例分析优化方法的可行性和动态载荷作用时间对优化结果的影响机制。

关键词：拓扑优化多材料多分辨率多边形单元动刚度优化

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一种基于SVD张拉整体结构找形方法

哈尔滨工程大学学报 2024年

作者：罗阿妮曹紫莺刘贺平哈尔滨工程大学机电工程学院

张拉整体结构是由一组不连续的受压单元包含于连续受拉单元组成的稳定自平衡结构，为了寻找自平衡状态下的构型，引入奇异值分解的方法，将寻找张拉整体结构的自平衡构型问题转化为最小奇异值的判定。首先，通过广义节点坐标和构件之间... 详细信息

张拉整体结构是由一组不连续的受压单元包含于连续受拉单元组成的稳定自平衡结构，为了寻找自平衡状态下的构型，引入奇异值分解的方法，将寻找张拉整体结构的自平衡构型问题转化为最小奇异值的判定。首先，通过广义节点坐标和构件之间的连接关系建立结构的数学模型；其次，引入力密度的概念，对张拉整体结构进行受力分析，列写包含平衡矩阵的平衡方程；然后，对平衡矩阵进行奇异值分解（SVD），利用分解获得的最小奇异值判断平衡方程是否有解，对张拉整体结构是否存在自平衡构型进行初步判定，再依据获得的力密度的均匀性（同组构件力密度大小相等）和正负属性（杆的力密度小于0，索的力密度大于0）对结构自平衡状态进一步判断；最后，通过实例分析对该找形方法的可行性进行了验证，结果表明：该方法可以找到张拉整体结构自平衡构型。本文为寻找自平衡张拉整体结构提供了一种思路。

关键词：张拉整体结构找形方法节点坐标连接矩阵平衡矩阵平衡方程 SVD 力密度

面向软体机器人的磁流变弹性体变刚度模型研究

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哈尔滨工程大学学报 2024年

作者：于凌涛聂洪帅袁华营马英博杨志勇孙章喆哈尔滨工程大学机电工程学院

软体机器人在柔性抓取时存在着手爪刚度单一不足的情况，而且磁流变弹性体的变刚度范围有限，本文提出了一种变刚度范围大的磁流变弹性体模型。在磁流变效应基础上设计了一种以磁流变弹性体为主体材料的“菱形”变刚度模型，并给出了3D... 详细信息

软体机器人在柔性抓取时存在着手爪刚度单一不足的情况，而且磁流变弹性体的变刚度范围有限，本文提出了一种变刚度范围大的磁流变弹性体模型。在磁流变效应基础上设计了一种以磁流变弹性体为主体材料的“菱形”变刚度模型，并给出了3D打印模型与铸造技术工艺。通过电磁铁产生的磁场，构建了一种磁-力耦合模型，分析了“菱形”变刚度模型主要刚度变化关系，探索了影响模型变刚度的因素。通过建立的实验平台，结果表明：本文提出的“菱形”模型可以大幅提高磁流变弹性体的变刚度范围，并且可以实现控制电流大小来控制模型的刚度大小，含有3个“菱形”结构的模型在磁场下的刚度变化的百分比可以高达约58%，可使磁流变弹性体作为类“皮肤”应用在软体机器人手爪上。

关键词：软体机器人磁流变弹性体磁流变效应变刚度 “菱形”模型刚度刚度控制 3D打印

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基于模型预测控制的机器人姿态控制策略研究

机械工程学报 2024年

作者：姚建均张宜坤柯运钱琛王超哈尔滨工程大学机电工程学院

针对机器人复杂灵活的任务，需要机器人具有运动平滑、大范围定位与高精度跟踪的能力。为了解决离线规划导致的低系统实时性，与低精度运动学数值逆解导致机器人抖动的问题，提出一种基于模型预测控制的机器人姿态控制策略。首先，建立... 详细信息

针对机器人复杂灵活的任务，需要机器人具有运动平滑、大范围定位与高精度跟踪的能力。为了解决离线规划导致的低系统实时性，与低精度运动学数值逆解导致机器人抖动的问题，提出一种基于模型预测控制的机器人姿态控制策略。首先，建立机器人正运动学模型，将其表达为状态空间模型；其次，考虑机器人极限关节位置与运动平滑性两种约束条件，构造其为紧、凸集合；然后，将机器人求解运动学逆解的问题转换为求解带约束最优控制问题，并得出最优控制量；最后，理论证明了控制器的稳定性；仿真表明，相对于经典控制策略，提出的控制策略具有更好的大范围定位能力；设计基于六自由度机器人的大范围定位实验与复杂轨迹跟踪实验，证实了提出的控制策略具有良好的跟踪与定位能力。

关键词：机器人姿态控制模型预测控制约束系统轨迹跟踪