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视觉跟踪多转子位移测量

振动工程学报 2024年第1期37卷 113-125页

作者：杨荣良王森伍星柳小勤刘韬昆明理工大学机电工程学院云南昆明650500 云南机电职业技术学院云南昆明650023

针对当前传统振动传感器在测量旋转体位移时受限于安装和测点数量等问题,将高速工业相机作为采集媒介,在转子振动试验台上进行转子振动视频的采集,并利用基于多目标跟踪的视觉振动测量方法跟踪多个转子目标的全场振动位移。将注意力机... 详细信息

针对当前传统振动传感器在测量旋转体位移时受限于安装和测点数量等问题,将高速工业相机作为采集媒介,在转子振动试验台上进行转子振动视频的采集,并利用基于多目标跟踪的视觉振动测量方法跟踪多个转子目标的全场振动位移。将注意力机制引入残差神经网络,结合特征金字塔网络结构建立改进的特征提取骨干网络,并利用身份重新识别方法来强化相邻帧间目标位移的关联性,跟踪旋转体全场振动位移信号。在转子振动位移测量数据集上对不同网络模型进行定性和定量的比较。结果表明,本文构建的网络模型在边界框回归时能够获取更为紧密的贴合度;将采集的电涡流位移信号作为标准量进行两个转子位移信号的对比实验,结果表明,本文多目标跟踪算法拟合的波形和频谱噪声最小,且能与电涡流信号相匹配;在目标对象模糊情况下的实验也证明本文算法所具有的泛化性能,这也体现出视觉测量在旋转体振动位移跟踪领域的工程应用价值。

关键词：视觉测振深度学习多目标视觉跟踪模糊图像旋转体位移测量

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带障碍物惩罚因子的多机器人路径规划

系统仿真学报 2024年第3期36卷 673-685页

作者：闫星宇李大焱王妮娅张凯翔毛剑琳昆明理工大学信息工程与自动化学院云南昆明650500 昆明理工大学机电工程学院云南昆明650500

轻载环境中,复杂障碍物区域将引起机器人之间局部冲突加剧,进而导致路径求解效率下降,针对该问题,提出轻载环境下带障碍物惩罚因子的多机器人路径规划方法。在基于冲突搜索(conflict-based search,CBS)算法框架的下层单机规划过程中,通... 详细信息

轻载环境中,复杂障碍物区域将引起机器人之间局部冲突加剧,进而导致路径求解效率下降,针对该问题,提出轻载环境下带障碍物惩罚因子的多机器人路径规划方法。在基于冲突搜索(conflict-based search,CBS)算法框架的下层单机规划过程中,通过对即将拓展机器人位置的周围障碍物分布类型进行判断,赋予与之对应的障碍物惩罚因子;对路径规划过程中的惩罚因子进行累加,作为单机规划的启发值对路径进行选取;结合CBS算法框架的上层冲突消解策略进行多机器人的路径规划与冲突协调。测试结果表明,在10%障碍物分布的轻载环境中,所提算法的求解时间约为CBS算法的81.38%~83.67%,二叉约束树(constraint tree,CT)拓展量为CBS算法的60.14%~71.66%。在Gazebo中仿真表明,所提方法可减小通过复杂障碍物区域的次数。

关键词：轻载环境多机器人路径规划惩罚因子基于冲突搜索算法约束树

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基于角度搜索的移动机器人路径规划方法

系统仿真学报 2024年第7期36卷 1643-1654页

作者：王雅如姚得鑫刘增力彭艺昆明理工大学信息工程与自动化学院云南昆明650500 昆明理工大学机电工程学院云南昆明650500

为提升路径搜索速度,优化路径长度,提出一种用角度控制机器人的寻路算法—角度搜索算法。该算法根据机器人位置与目标点位置进行一定维度的高效搜索,从而实现在静态环境中有效寻路。根据所用栅格地图的环境特点,提前设定搜索角;计算机... 详细信息

为提升路径搜索速度,优化路径长度,提出一种用角度控制机器人的寻路算法—角度搜索算法。该算法根据机器人位置与目标点位置进行一定维度的高效搜索,从而实现在静态环境中有效寻路。根据所用栅格地图的环境特点,提前设定搜索角;计算机器人周围栅格的预估角;将预估角与搜索角进行比较选出新的扩展点,在扩展过程中排除重复路径的扩展和搜索角范围内无可行点的情况,直到找到目标点生成最终路径。通过仿真测试,将提出算法与Dijkstra、A*两种算法在复杂程度不同的两种地图上进行比较,所提算法寻路时间分别最大减少了19.44%和12.23%,转折次数分别最大减少了28.6%和54.5%,路径长度较A*算法在两种地图上分别减少了9.28%和6.53%,且在简单场景中实现了对局部障碍物的动态规避。将所提算法应用到基于ROS的移动机器人Turtlebot2上,实验结果表明,在相同地图环境中,所提算法较A*算法路径更加平滑稳定,验证了所提算法的有效性和可行性。

关键词：路径规划预估角移动机器人搜索角 ROS

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大粒径Ti6Al4V粉末选区激光熔化成形工艺研究

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中国激光 2024年

作者：王宁黎振华姚碧波滕宝仁昆明理工大学材料科学与工程学院昆明理工大学机电工程学院

选区激光熔化通常使用粒径为15～53μm的球形粉末，其制备时收得率低，成本较高，导致选区激光熔化成形成本高昂。粒径100μm以上的大粒径粉末收得率高，价格低廉，随着激光器功率不断提高，大粒径粉末在选区激光熔化中的应用成为可能... 详细信息

选区激光熔化通常使用粒径为15～53μm的球形粉末，其制备时收得率低，成本较高，导致选区激光熔化成形成本高昂。粒径100μm以上的大粒径粉末收得率高，价格低廉，随着激光器功率不断提高，大粒径粉末在选区激光熔化中的应用成为可能。本文以常用的Ti6Al4V合金为对象，研究了100～200μm大粒径Ti6Al4V粉末在铺粉层厚120μm条件下的选区激光熔化成形，通过数值模拟与实验研究结合，考察了激光功率、扫描速度、扫描间距等工艺参数对选区激光熔化成形的影响，优化了成形工艺参数并获得了成形速率快、致密度高、性能优良的试样。结果表明，在激光功率370 W、扫描速度1050 mm/s和扫描间距0.10 mm时，制备的试样致密度达到99.64%，拉伸强度、屈服强度和延伸率分别达到1197MPa、1112 MPa和8.2%，成形速率达到12.6 mm3/s。

关键词：选区激光熔化大粒径粉末 Ti6Al4V 高层厚工艺参数

面向不确定性的多机器人路径鲁棒规划研究综述

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控制与决策 2024年

作者：张书凡毛剑琳张凯翔李睿祺李大炎王妮娅昆明理工大学机电工程学院昆明理工大学信息工程与自动化学院

多机器人路径规划为共享工作环境中的多个机器人规划从起始位置到目标位置的无冲突路径集合,是多智能体领域协同规划方向的重要问题.然而时钟漂移、动态障碍物、机器故障等现实因素,可能会导致多机器人系统的实际执行过程与规划方案存... 详细信息

多机器人路径规划为共享工作环境中的多个机器人规划从起始位置到目标位置的无冲突路径集合,是多智能体领域协同规划方向的重要问题.然而时钟漂移、动态障碍物、机器故障等现实因素,可能会导致多机器人系统的实际执行过程与规划方案存在时间上的偏差,导致机器人之间发生意外冲突.面向不确定性因素展开多机器人路径鲁棒规划并在一定程度上保证规划方案的安全执行,是当前路径规划领域的挑战之一.对此,首先整理不确定性下多机器人路径规划的问题描述,然后分别从面向不确定性的鲁棒规划算法、在线执行策略、以及评价指标等方面对目前研究进行综述,讨论各类解决办法的思路和特点.最后对多机器人路径鲁棒规划研究关键技术进行展望.

关键词：多机器人路径规划不确定性建模鲁棒规划冲突概率在线执行策略冲突和死锁避免

基于耦合度矩阵的安全区间多机器人路径k鲁棒规划算法

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控制与决策 2024年

作者：毛剑琳李昊楠张凯翔张书凡付丽霞昆明理工大学信息工程与自动化学院昆明理工大学机电工程学院

针对多机器人路径鲁棒规划时存在节点耦合度高导致求解方案可靠性低的问题,提出耦合度矩阵概念并给出基于耦合度矩阵的安全区间多机器人路径k鲁棒规划(Coupling degree matrix k-Robust Safe Interval Path Planning, Ck R-SIPP)算法.首... 详细信息

针对多机器人路径鲁棒规划时存在节点耦合度高导致求解方案可靠性低的问题,提出耦合度矩阵概念并给出基于耦合度矩阵的安全区间多机器人路径k鲁棒规划(Coupling degree matrix k-Robust Safe Interval Path Planning, Ck R-SIPP)算法.首先,根据路径规划方案统计全局地图节点耦合度信息形成耦合度矩阵,在规划过程中不断更新该矩阵.其次,引入安全区间避免机器人之间发生冲突,采用带k时间扩展的A*算法作为多机器人底层路径规划算法,其中k为设定的鲁棒因子,可在多机器人的时空关系中处理鲁棒规划问题.同时,以耦合度矩阵中信息作为寻路约束反馈给带k时间扩展的A*算法,尽量避免耦合度高的节点.最后,按照高优先级到低优先级的顺序,完成所有机器人的路径规划.在Benchmark地图上进行仿真测试,结果表明,本文提出的Ck R-SIPP算法均优于k R-CBS以及Ik R-CBS算法,较k R-SIPP算法平均提高19.2%,可以有效提高多机器人路径k鲁棒规划系统的方案可靠性.

关键词：多机器人路径规划安全区间耦合度矩阵鲁棒规划

针对路径干扰的多机器人分层协作k鲁棒路径规划

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系统仿真学报 2024年

作者：张凯翔毛剑琳王妮娅徐志昊 1.昆明理工大学机电工程学院 2.昆明理工大学信息工程与自动化学院昆明理工大学信息工程与自动化学院昆明理工大学机电工程学院

在复杂多变的物流环境中，多机器人系统不可避免地会遇到人员进入或机器人短时停顿导致的路径干扰，如何在干扰环境下规划多机器人的无冲突路径是一个重要的现实问题。对此，基于多机器人k鲁棒路径规划概念，本文设计了多机器人分层协作... 详细信息

在复杂多变的物流环境中，多机器人系统不可避免地会遇到人员进入或机器人短时停顿导致的路径干扰，如何在干扰环境下规划多机器人的无冲突路径是一个重要的现实问题。对此，基于多机器人k鲁棒路径规划概念，本文设计了多机器人分层协作k鲁棒路径规划框架，包括优先级优化层、多机鲁棒协调层和核心求解层。在优先级优化层，针对求解顺序引发的起步困境问题，根据封闭因子确定多机器人路径求解顺序，以此保证核心求解层的路径求解成功率；在多机鲁棒协调层，以提高求解效率为目标，引入安全区间作为k鲁棒和无碰撞设计的基础，给出k鲁棒意义下的多机器人无碰撞路径约束；在核心求解层，采用动态的阻力因子，在规划时引导高优先级机器人规避低优先级机器人的起步区域，进一步提升多机器人k鲁棒路径求解成功率。在Benchmark地图上的测试结果表明，所提算法能够以较小的路径损耗有效降低k鲁棒起步困境的影响，在保证求解速度的同时较好地提升了求解成功率。在几十至上百个机器人规模的问题中，k鲁棒路径求解成功率较现有先进算法平均可提高39%以上。

关键词：多机器人系统路径规划鲁棒规划延时干扰

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基于MGCD的转子故障数据集降维方法

振动．测试与诊断 2024年第2期44卷 266-273,408页

作者：张勇飞赵荣珍邓林峰兰州理工大学机电工程学院兰州730050

针对由于特征维数过高导致故障数据集分类困难及故障模式辨识精度偏低的问题,提出一种基于多图协同决策(multi graph collaborative decision-making,简称MGCD)的转子故障数据集降维算法。首先,在边缘Fisher分析(marginal Fisher analys... 详细信息

针对由于特征维数过高导致故障数据集分类困难及故障模式辨识精度偏低的问题,提出一种基于多图协同决策(multi graph collaborative decision-making,简称MGCD)的转子故障数据集降维算法。首先,在边缘Fisher分析(marginal Fisher analysis,简称MFA)算法框架基础上,通过建立近邻图和远邻图解决因单一图结构导致的故障类别局部不可分问题;其次,采用最大化散度加权差分方式去削弱小样本问题造成的影响;最后,利用两个不同结构型式的转子系统故障模拟数据集对算法性能进行了验证。结果表明,使用本算法对故障数据集进行降维得到的敏感故障数据集使故障类别之间的差异性更加突出,能够提高故障模式识别准确率,为提高旋转机械智能故障诊断技术水平提供一定的研究参考依据。

关键词：故障诊断降维远邻图小样本

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基于3D-motif法的刮研表面形貌表征

工程设计学报 2024年第3期31卷 368-376页

作者：杨春鹏王立华陈谢瑞蒋维昆明理工大学机电工程学院云南昆明650500

针对刮研表面微观特性和功能机理研究中缺少表面形貌量化表征方法的问题,采用3D-motif法对刮研表面形貌进行表征。使用LI-3型接触式三维表面形貌测量仪对刮研表面进行测量,并利用三维点云数据生成刮研表面的二维灰度图像。然后,根据3D-m... 详细信息

针对刮研表面微观特性和功能机理研究中缺少表面形貌量化表征方法的问题,采用3D-motif法对刮研表面形貌进行表征。使用LI-3型接触式三维表面形貌测量仪对刮研表面进行测量,并利用三维点云数据生成刮研表面的二维灰度图像。然后,根据3D-motif法中集水盆地的定义,采用分水岭算法对刮研表面的灰度图像进行motif分割与合并。以不同精度等级的刮研表面的整体纹理区域motif分割结果为对象,定义了特征显著度并提取计算了刮研表面在2种不同面积尺度(25 mm^(2)和0.25 mm^(2))上的深度、面积、方向角、各向异性率、扁平系数和特征显著度等6项motif参数。结合部分motif参数的分布情况和motif数量的变化趋势,从形貌特征的尺寸和形态两个方面对刮研表面进行了表征和分析,实现了以较少参数完整表征刮研表面的三维形貌。研究结果可为后续刮研表面微观特性的深入分析提供理论基础。

关键词：刮研表面 3D-motif法表面形貌分水岭算法