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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

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基于联合多重重建自编码器的桁架损伤识别

中国机械工程 2024年第5期35卷 840-850页

作者：刘满东彭珍瑞兰州交通大学机电工程学院兰州730070

针对桁架杆单元存在不同损伤类型时损伤特征信息难以捕捉且识别结果不准确的问题,提出了利用联合多重重建自编码器(JMRAE)进行损伤识别的方法。首先,运用JMRAE按照不同尺度数分段截取信号,将Sigmoid函数和ReLU函数进行组合以提取特征量... 详细信息

针对桁架杆单元存在不同损伤类型时损伤特征信息难以捕捉且识别结果不准确的问题,提出了利用联合多重重建自编码器(JMRAE)进行损伤识别的方法。首先,运用JMRAE按照不同尺度数分段截取信号,将Sigmoid函数和ReLU函数进行组合以提取特征量,引入零相位成分分析(ZCA)降低特征量维度,以保留重要信息并减少数据冗余。然后,运用SoftMax分类器求解隐含层中不同片段的局部特征量,并进行特征量融合以判断结构状态。最后,运用三维桁架结构数值模型和实验室搭建桁架进行验证,并与精细复合多尺度散布熵(RCMDE)、峰度和反向传播(BP)神经网络方法进行对比研究,结果表明所提方法具有更高的损伤识别准确性。

关键词：联合多重重建自编码器零相位成分分析 SoftMax分类器特征量融合损伤识别

纳米光纤-半导体量子点分子耦合系统中光孤子的存储与读取

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物理学报 2024年

作者：曾莹佘彦超张蔚曦杨红铜仁学院物理与电子工程系吉首大学物理与机电工程学院

析地研究了基于纳米光纤-半导体量子点分子耦合系统中时间光孤子存储和读取。结果表明，由于半导体量子点分子中点间隧穿诱导透明效应，系统中的光吸收被大大抑制。同时，纳米光纤的横向约束能增强光与系统的相互作用，增强的系统非线... 详细信息

析地研究了基于纳米光纤-半导体量子点分子耦合系统中时间光孤子存储和读取。结果表明，由于半导体量子点分子中点间隧穿诱导透明效应，系统中的光吸收被大大抑制。同时，纳米光纤的横向约束能增强光与系统的相互作用，增强的系统非线性响应能平衡色散效应得到稳定的时间光孤子。进一步地研究表明，通过关闭和打开点间隧穿耦合，系统中可实现光孤子的高效率和高保真度的存储与读取。上述结果对于固体量子材料中全光信息处理的实际应用具有一定的指导意义和潜在的应用价值。

关键词：隧穿诱导透明光孤子的存储和读取量子点纳米光纤

新型3-DOF 1T2R并联机构的运动学分析与尺度优化

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机电工程 2024年

作者：李兴瑞龙有强姜峰鹤壁能源化工职业学院机电工程系北海职业学院机电工程系广西科技大学机械与汽车工程学院

移动和转动混合运动的并联机构具有很高的研究和应用价值。基于转移混合输出运动的机构适用范围广，但该类机构的设计比较困难。为了研发和推广转移混合运动的1T2R并联机构，基于平面五杆机构和一条无约束支链，设计出了一种一平移两转... 详细信息

移动和转动混合运动的并联机构具有很高的研究和应用价值。基于转移混合输出运动的机构适用范围广，但该类机构的设计比较困难。为了研发和推广转移混合运动的1T2R并联机构，基于平面五杆机构和一条无约束支链，设计出了一种一平移两转动（1T2R）的并联机构。首先，根据方位特征(POC)方程对机构进行了拓扑结构分析，并计算了该机构的自由度；然后，对该并联机构进行了运动学建模，推导了其位置正反解的解析表达式，并基于雅可比矩阵分析了机构的奇异性，利用三维离散搜索法计算了机构的工作空间，给出了机构在工作空间中的灵巧度分布情况；最后，利用粒子群算法(PSO)对机构的工作空间和灵巧度进行了双重优化，同时探讨了无约束支链的布置角φ对机构工作空间和灵巧度的影响。研究结果表明：所设计的1T2R并联机构结构简单，具有位置解析解；优化后的机构的工作空间和灵巧度分别提升了93.47%，203.42%；当无约束支链的驱动方向与平面(2P-3R)机构垂直布置时，能够获得更好的运动性能。该结果为3-DOF 1T2R机构的实际应用奠定了理论基础。

关键词：五杆机构设计自由度验算一平移两转动并联机构运动学位置分析奇异性分析工作空间灵巧度分析机构尺度综合优化

基于机器学习的负泊松比蜂窝的面内力学性能预测

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复合材料学报 2024年第7期41卷 3803-3812页

作者：马佩张君华权铁汉北京信息科技大学机电工程学院北京100192

负泊松比蜂窝结构具有优良的力学性能,本文开发并对比了两种多输入多输出的人工神经网络模型(ANN),用于预测不同几何参数下负泊松比蜂窝结构的能量吸收特性。采用蜂窝胞元的胞角θ、直壁长度与胞元高度之比L/H和厚度t作为ANN的输入,输... 详细信息

负泊松比蜂窝结构具有优良的力学性能,本文开发并对比了两种多输入多输出的人工神经网络模型(ANN),用于预测不同几何参数下负泊松比蜂窝结构的能量吸收特性。采用蜂窝胞元的胞角θ、直壁长度与胞元高度之比L/H和厚度t作为ANN的输入,输出是蜂窝结构的初始峰值力、平台力和蜂窝结构的总能量吸收。验证集的误差全部在8%内,且验证集和测试集的平均相关系数R^(2)都大于98.2%,说明神经网络可以获得良好的预测效果,这表明ANN有能力学习和捕捉将蜂窝的拓扑结构及其力学性能联系起来的潜在物理机制。开发的两种神经网络中,与ANN1相比,ANN2的网络参数更多,网络结构更复杂,有更好地预测精度和训练速度。通过对给定几何参数的蜂窝结构的力学性能进行快速预测得到了吸能高的蜂窝结构。建立了反向设计网络对蜂窝结构进行反向设计,发现网络对蜂窝结构的胞角θ和壁厚t预测效果良好,对L/H的预测效果相对较差,由于L/H对初始峰值力、平台力和总能量吸收影响很小。此外进行了蜂窝几何参数的敏感度分析,结果表明蜂窝结构的几何参数对初始峰值力、平台力和总能量吸收的敏感度趋势一致,蜂窝胞元厚度t的敏感度最高,L/H对能量的敏感度最低。对于敏感度高的参数反向设计网络预测效果好,反之敏感度低的参数预测效果相对较差。总之,ANN为蜂窝结构吸能性能的研究提供了一种快速准确的方法,有望加快蜂窝结构的优化和设计进程。

关键词：负泊松比蜂窝吸能神经网络参数敏感度机器学习

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

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负泊松比内凹六边形蜂窝夹层板的吸声性能

复合材料学报 2024年第4期41卷 2157-2166页

作者：孔维凡付涛昆明理工大学机电工程学院昆明650500

为了改善传统蜂窝夹层板结构的吸声特性,提出了一种负泊松比内凹六边形蜂窝夹层板结构,该结构上面板为微穿孔板,夹芯层为负泊松比内凹六边形蜂窝,其由19个具有内延伸管的单元腔体谐振器构成。采用COMSOL仿真软件对负泊松比内凹六边形蜂... 详细信息

为了改善传统蜂窝夹层板结构的吸声特性,提出了一种负泊松比内凹六边形蜂窝夹层板结构,该结构上面板为微穿孔板,夹芯层为负泊松比内凹六边形蜂窝,其由19个具有内延伸管的单元腔体谐振器构成。采用COMSOL仿真软件对负泊松比内凹六边形蜂窝夹层板结构在500~950 Hz频率范围内进行吸声系数的计算,并运用B&K驻波管测量系统对仿真结果的有效性进行了验证。在保持负泊松比内凹六边形蜂窝胞元结构不变的前提下,研究了胞元参数对蜂窝夹层板结构吸声系数的影响,研究结果表明:当胞元倾角增大、内延伸管孔隙率减小、腔体壁厚减小时,结构的吸声性能增强;此外,腔体深度的增加和内延伸管管长的增加都会导致共振频率向更低频方向移动,其中腔体深度的改变更明显。在500~950 Hz频率范围内,该结构比传统蜂窝夹层板结构的平均吸声系数提升了5.64%,表明负泊松比内凹六边形蜂窝夹层板结构在低频范围内具有更优的吸声性能。

关键词：负泊松比吸声结构吸声系数夹层板腔体谐振器

基于智能合约和CPSO_DNN的流程工艺参数可信自决策模型

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控制与决策 2024年第6期39卷 1869-1878页

作者：刘孝保袁智慧张雨东孙海彬阴艳超姚廷强顾文娟昆明理工大学机电工程学院昆明650500

针对流程制造过程中工艺关系复杂、优化效率难保证和数据安全问题,提出一种基于智能合约和改进混沌粒子群算法的工艺参数可信自决策模型PPO-TS.首先,基于区块链技术设计适合流程制造工艺特性的数据集成与存储机制,通过数据上链技术实现... 详细信息

针对流程制造过程中工艺关系复杂、优化效率难保证和数据安全问题,提出一种基于智能合约和改进混沌粒子群算法的工艺参数可信自决策模型PPO-TS.首先,基于区块链技术设计适合流程制造工艺特性的数据集成与存储机制,通过数据上链技术实现数据的可信存储;然后,设计工艺参数自决策智能合约机制,利用智能合约搭建基于区块链广播式通信协议的工艺参数优化网络,启动网络并编译质量指标访问、优化自决策和决策自执行智能合约,通过自动触发工艺参数优化事务完成自决策和自执行过程;在此基础上构建基于改进混沌粒子群算法CPSO和深度神经网络DNN的优化算法CPSO_DNN,实现流程制造工艺参数优化;最后,以现场采集的某流程生产线数据为例,验证了PPO-TS模型的实用性和有效性,为流程制造工艺参数优化提供了一种新思路.

关键词：流程制造区块链智能合约数据可信存储工艺参数自决策工艺参数优化