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皮肤肿瘤早期筛查的快速无创电阻抗检测方法

生物化学与生物物理进展 2024年第5期51卷 1161-1173页

作者：彭俊文胡松佩洪志扬王莉莉刘凯姚佳烽南京航空航天大学机电学院南京210016

目的随着环境问题和臭氧层空洞化的加剧,皮肤肿瘤的患病率也大幅增加,但是皮肤肿瘤前期隐蔽性高、症状不明显,导致大部分病例都是在中晚期发现的。因此,本文基于生物阻抗谱(bioimpedance spectroscopy,BIS)技术,提出一种皮肤肿瘤早期筛... 详细信息

目的随着环境问题和臭氧层空洞化的加剧,皮肤肿瘤的患病率也大幅增加,但是皮肤肿瘤前期隐蔽性高、症状不明显,导致大部分病例都是在中晚期发现的。因此,本文基于生物阻抗谱(bioimpedance spectroscopy,BIS)技术,提出一种皮肤肿瘤早期筛查的快速无创电阻抗检测方法。方法首先,建立四层皮肤模型,采用数值分析方法研究角质层对BIS测量的阻碍作用。其次,使用去除角质层的皮肤模型研究混有不同半径和浸润深度的皮肤肿瘤组织电学特性。最后,使用凝胶处理后的猪皮组织实验验证肿瘤浸润深度(h)的影响。结果角质层仿真结果表明,去除角质层的皮肤对激励信号的响应更明显。皮肤肿瘤模型仿真表明,当肿瘤半径(R_(tumor))及h>1.5 mm时能够区分肿瘤组织与正常组织。同时根据实验结果中正常组织与肿瘤组织虚部弛豫阻抗(Z_(imag-relax))定义了组织病变度(ε_(worse),为肿瘤组织虚部阻抗相对于正常组织虚部阻抗变化的百分比),并绘制了肿瘤组织浸润深度(Depth)与Z_(imag-relax)的拟合曲线。当ε_(worse)=0.4920时,BIS即可识别微浸润肿瘤组织,且拟合曲线修正决定系数为0.9468,拟合效果良好。结论基于BIS技术的方法具有实时、便捷、无创的优点,有望应用于皮肤肿瘤的检测。

关键词：皮肤癌检测无创/实时肿瘤早筛应用生物阻抗谱

面向Link16的QualNet与虚拟机信息交互接口设计与实现

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兵工学报 2024年第4期45卷 1186-1195页

作者：杨昊伟龚鹏张继豪王卫东唐飞喜周子骄张广为北京理工大学机电学院北京100081

Link16是美国国防部采用的高速视距战术数据链,广泛应用于美国海军、联合部队和北约部队,针对其开展测试评估具有重要军事意义。通过硬件在环技术将Link16实物设备接入到仿真测试中,可有效提高测试结果的真实性和准确性。然而当测试场... 详细信息

Link16是美国国防部采用的高速视距战术数据链,广泛应用于美国海军、联合部队和北约部队,针对其开展测试评估具有重要军事意义。通过硬件在环技术将Link16实物设备接入到仿真测试中,可有效提高测试结果的真实性和准确性。然而当测试场景需要进行实物设备组网测试时,仍会带来成本问题。为此,提出一种面向QualNet MAC层的Link16专属模型以及与之匹配的虚拟机信息交互接口。该模型可高逼真模拟Link16通信行为,实现Link16节点竞争接入、时隙划分、NPG分组等功能。并基于数据分布式服务实现了虚拟机交互接口,将运行在虚拟机的Link16设备模型接入QualNet测试场景。实验测试结果表明,所设计模型具有较高真实性和准确性且接口引入延时不超过1 ms,为大规模数据链网络测试提供一种新方法。

关键词：交互接口 Link16数据链虚拟机 QualNet MAC层网络仿真

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喷油润滑内齿圈外圆面红外测温及误差分析

振动．测试与诊断 2024年第2期44卷 253-258,407页

作者：王琳郑志振王勇陈国定西北工业大学机电学院西安710072

高速重载人字齿轮箱的摩擦功率损失会转换成为温升,齿面温度测量是评价齿轮箱润滑和冷却设计的重要手段。针对某人字齿轮箱中内齿圈外圆面温度的在线实时准确测量需求,提出了一种基于红外测温仪的旋转齿轮表面温度测量方法,并分别设计... 详细信息

高速重载人字齿轮箱的摩擦功率损失会转换成为温升,齿面温度测量是评价齿轮箱润滑和冷却设计的重要手段。针对某人字齿轮箱中内齿圈外圆面温度的在线实时准确测量需求,提出了一种基于红外测温仪的旋转齿轮表面温度测量方法,并分别设计搭建了相关测试试验装置。首先,分析了基于红外测温仪的旋转齿轮表面温度测量误差的影响因素;其次,通过试验对待测齿面的发射率进行标定;最后,开展了不同转速工况下的喷油润滑齿轮表面温度测量试验,并分析了吹气压力和吹气温度对红外测温误差的影响。研究结果表明:待测齿面喷涂黑色哑光漆后的标定发射率为0.96,而红外测温光路上的光学镜片会使红外测温值低2℃左右;带有空气吹扫管的红外测温仪可以在线实时测量旋转内齿圈外圆面的温度,且红外与热电偶测温值的最大相对误差不超过7%;选择合适的空气吹扫压力和吹扫温度,可以进一步减小红外测温误差。

关键词：内齿圈红外测温仪温度测量喷油润滑齿面温度

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分级监督范式指导下的遥感图像超分辨率方法

遥感学报 2024年第7期28卷 1746-1759页

作者：李明锴徐其志北京理工大学机电学院

超分辨率技术可提升遥感图像空间分辨率，为基于遥感图像的目标检测、场景分类等任务提供更加清晰的数据集，具有广泛的应用价值。然而，现有基于深度学习的超分辨率方法存在监督次数不足的问题，导致超分辨率重建图像中易出现细节损失... 详细信息

超分辨率技术可提升遥感图像空间分辨率，为基于遥感图像的目标检测、场景分类等任务提供更加清晰的数据集，具有广泛的应用价值。然而，现有基于深度学习的超分辨率方法存在监督次数不足的问题，导致超分辨率重建图像中易出现细节损失和伪细节。针对这一问题，本文提出基于分级监督的遥感图像超分辨率方法（MSSR）。首先，提出了一个分级监督网络架构，通过引入多级真值图像作为监督，为超分辨率过程提供充足的图像细节恢复指引，进而减少超分辨率结果中细节损失和伪细节的出现。其次，为了便于构建级数可变、超分辨率倍数可变的分级监督网络，设计了一个轻量化的、超分辨率倍数可灵活调整的同构超分辨率模块（BSRC）。各级BSRC的网络结构基本相同，便于迁移网络权重，缩短训练时间。最后，针对分级网络超分辨率倍数一定时，网络级数及各级分辨率倍数有多种组合方式的问题，对比多种分级方式下的超分辨率结果，给出最佳网络分级方式。此外，构建了一个包含世界各地复杂细节地面场景的遥感图像数据集（RSSRD）。在该数据集和UCMerced、AID两个公开数据集上进行超分辨率实验，实验结果显示本文方法优于现有常用超分辨率方法。

关键词：遥感图像深度学习分级监督超分辨率多尺度特征提取渐进式网络参数共享迁移学习

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双机器人协作轴孔装配力柔顺控制技术研究

机械工程学报 2024年第3期60卷 20-33页

作者：王战玺张益铭张邦海罗子彦史梦格西北工业大学机电学院西安710072 南京电子技术研究所南京210012

轴孔精密装配是加工制造业中常见的装配形式,其完成过程同时存在位置约束和力约束关系,因此采用工业机器人实现轴孔自动装配一直是具有挑战性的热点问题。首先分析了轴孔装配过程插孔阶段的典型的单点接触和双点接触受力模型,并针对不... 详细信息

轴孔精密装配是加工制造业中常见的装配形式,其完成过程同时存在位置约束和力约束关系,因此采用工业机器人实现轴孔自动装配一直是具有挑战性的热点问题。首先分析了轴孔装配过程插孔阶段的典型的单点接触和双点接触受力模型,并针对不同的接触状态提出了机器人整体力调控策略;其次在基于位置的阻抗模型基础上,建立对环境位置和刚度具有自适应效果的力柔顺控制模型,通过仿真验证了控制模型可以消除力跟踪过程的系统稳态误差;然后建立了主从式双机器人协作轴孔装配模型,并进行轴孔装配仿真实验,在不同的机器人位置和姿态误差下验证双机器人协作装配的力位控制效果;最后搭建主从式双机器人装配实验平台,验证自适应力柔顺控制模型和主从式协作模型的可行性。

关键词：轴孔装配力柔顺控制阻抗控制主从式协作

难加工材料绿色磨削用相变储热复合砂轮的研制

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机械工程学报 2024年第3期60卷 405-414页

作者：赫青山谢永晨崔仲鸣傅玉灿河南工业大学机电工程学院郑州450001 南京航空航天大学机电学院南京210016

高强韧性难加工材料在磨削时容易发生工件表面烧伤,而常规使用磨削液冷却带来的高能耗、环境污染等问题已不容忽视。提出利用沸腾传热和储热技术原理改善砂轮的热学性能实现砂轮对磨削弧区的强化换热,研制了具有高传热系数和较大热容属... 详细信息

高强韧性难加工材料在磨削时容易发生工件表面烧伤,而常规使用磨削液冷却带来的高能耗、环境污染等问题已不容忽视。提出利用沸腾传热和储热技术原理改善砂轮的热学性能实现砂轮对磨削弧区的强化换热,研制了具有高传热系数和较大热容属性的相变储热复合砂轮,并分析了复合砂轮的传热系数和等效热容。设计制作了复合砂轮热学性能分析装置,通过监测多个位置温度变化分析了不同热流密度、工质注入量和散热条件对复合砂轮热学性能的影响,最后进行干磨削高温合金GH4169对比试验。结果表明,复合砂轮的传热系数相对于传统金属基体砂轮可提高2~3倍,工质进入沸腾传热的启动时间在6~15 s,同时增加砂轮热容可以有效减少弧区热量积累以及减缓弧区温升速率;在缓进给深切干磨工艺下使用相变储热复合砂轮的磨削温度在330℃以下,相对于传统砂轮降低了20%。

关键词：磨削超硬磨料砂轮高温合金绿色加工沸腾传热

基于IMU-LiDAR紧耦合的煤矿防冲钻孔机器人定位导航方法

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煤炭学报 2024年第4期49卷 2179-2194页

作者：司垒王忠宾魏东顾进恒闫海峰谭超朱远胜中国矿业大学机电工程学院江苏徐州221116

防冲钻孔机器人是冲击地压矿井卸压的关键设备,其在复杂卸压巷道的精确地图构建和的稳定导航是实现钻孔作业智能化的基础和前提。在分析激光雷达点云畸变成因和同步定位与地图构建(SLAM)算法缺陷的基础上,设计了基于惯性测量单元(IMU)... 详细信息

防冲钻孔机器人是冲击地压矿井卸压的关键设备,其在复杂卸压巷道的精确地图构建和的稳定导航是实现钻孔作业智能化的基础和前提。在分析激光雷达点云畸变成因和同步定位与地图构建(SLAM)算法缺陷的基础上,设计了基于惯性测量单元(IMU)连续时间轨迹的点云畸变矫正方法,建立了激光雷达和IMU的数据融合模型,提出了基于IMU-LiDAR紧耦合的防冲钻孔机器人定位建图方法。根据煤矿卸压巷道特点建立了密闭坡道模型,开展了建图效果仿真分析,结果表明,所提算法在定位精度、轨迹误差方面均优于现有常用算法。在此基础上,设计了基于改进人工势场法和快速扩展随机树的动态路径规划方法,建立了适用于防冲钻孔机器人的路径规划与导航融合方案,并设计了2种仿真运动场景,结果表明,所提路径规划方法在全局路径规划和动态路径规划的平均路径长度、平均运行时间、平均生成节点数等方面均具有较好的综合性能。为了进一步验证防冲钻孔机器人定位导航方法的实用性,在校内模拟巷道、地面实验基地和井下卸压巷道等场景下开展了多组对比实验,结果表明:将IMU数据与LiDAR数据紧耦合后,所提方法的定位建图精度明显提高,在特征退化场景中具有优越的定位建图性能,且规划路径的运算效率和路径代价方面均具有良好的表现,验证了所提定位导航方法在多种场景中的可行性和优越性。

关键词：防冲钻孔机器人同步定位与地图构建惯性-雷达融合定位导航路径规划

考虑固化残余应力影响的Z-pin增韧复材压缩性能预测方法

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航空学报 2024年

作者：张胜男许英杰张卫红西北工业大学机电学院

Z-pin增韧技术可有效提高复合材料层间性能，但pin针的植入会引起材料纤维发生变向，造成富树脂区，降低面内性能。本文提出了一种考虑固化残余应力影响的Z-pin增韧复合材料面内压缩性能的预测方法。通过分析Z-pin增韧结构的细观形貌，... 详细信息

Z-pin增韧技术可有效提高复合材料层间性能，但pin针的植入会引起材料纤维发生变向，造成富树脂区，降低面内性能。本文提出了一种考虑固化残余应力影响的Z-pin增韧复合材料面内压缩性能的预测方法。通过分析Z-pin增韧结构的细观形貌，建立了代表性单胞模型；充分考虑各组分材料的固化时变特性，建立了Z-pin增韧结构下的热-力-化学多场耦合模型；将前期计算得到的固化残余应力场作为预定义场带入面内压缩性能计算，得到的仿真结果与实验吻合度高。研究发现，固化过程中Z-pin周围会聚集大量残余应力，因而在压缩载荷下，Z-pin周围的材料性能较弱会最先产生裂纹缺陷，并逐渐向富树脂区扩展；纤维变向、富树脂区和固化残余应力的存在会显著降低增韧后复合材料的面内压缩性能。

关键词： Z-pin 复合材料纤维弯曲固化成型残余应力有限元仿真压缩性能

结合改进Tukey鲁棒性拟合的像素当量标定算法

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机械科学与技术 2024年

作者：管浩宇张云鹏韦虹余西北工业大学机电学院

像素当量是影像测量的重要指标之一。传统像素当量标定需要使用高精度标准件，过程繁琐，结果不够精确。针对以上问题，提出基于改进Tukey鲁棒性拟合的像素当量标定算法。利用CMOS相机采集圆形特征标定板图像并进行预处理获得49个圆形... 详细信息

像素当量是影像测量的重要指标之一。传统像素当量标定需要使用高精度标准件，过程繁琐，结果不够精确。针对以上问题，提出基于改进Tukey鲁棒性拟合的像素当量标定算法。利用CMOS相机采集圆形特征标定板图像并进行预处理获得49个圆形特征图像;结合Canny算法和双线性插值提取亚像素边缘;对于传统最小二乘法拟合轮廓易受到坏点影响的问题，引入形态学与Tukey算法对圆形特征轮廓拟合并计算各圆心坐标;基于多图像平均法抑制噪声的原理，采用多点平均法求相邻圆心距，并与实际距离作比可得到像素当量。对影像测量仪校正片上的高精度矩形图案进行测量，实验结果表明，在标定板特征被干扰时，相对于最小二乘法和Tukey算法，改进算法的最大测量误差为0.098%，平均测量精度提高了16%。

关键词：圆形特征标定板像素当量鲁棒性拟合形态学