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室内动态环境下基于网格分割与双地图耦合的RGB-D SLAM算法

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机器人 2022年第4期44卷 431-442页

作者：艾青林王威刘刚江浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点实验室浙江杭州310023

为解决室内动态环境下现有RGB-D SLAM(同步定位与地图创建)系统定位精度低、建图效果差的问题,提出一种基于网格分割与双地图耦合的RGB-D SLAM算法。基于单应运动补偿与双向补偿光流法,根据几何连通性与深度图像聚类结果实现网格化运动... 详细信息

为解决室内动态环境下现有RGB-D SLAM(同步定位与地图创建)系统定位精度低、建图效果差的问题,提出一种基于网格分割与双地图耦合的RGB-D SLAM算法。基于单应运动补偿与双向补偿光流法,根据几何连通性与深度图像聚类结果实现网格化运动分割,同时保证算法的快速性。利用静态区域内的特征点最小化重投影误差对相机进行位置估计。结合相机位姿、RGB-D图像、网格化运动分割图像,同时构建场景的稀疏点云地图和静态八叉树地图并进行耦合,在关键帧上使用基于网格分割和八叉树地图光线遍历的方法筛选静态地图点,更新稀疏点云地图,保障定位精度。公开数据集和实际动态场景中的实验结果都表明,本文算法能够有效提升室内动态场景中的相机位姿估计精度,实现场景静态八叉树地图的实时构建和更新。此外,本文算法能够实时运行在标准CPU硬件平台上,无需GPU等额外计算资源。

关键词：动态环境同时定位与地图构建 RGB-D 光流法八叉树地图

弹簧连接质量块压电悬臂梁低频和超宽频性能优化

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吉林大学学报（工学版） 2023年第10期53卷 2807-2816页

作者：蒋建东叶桢乔欣浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验室杭州310014

针对压电悬臂梁因固有频率过高、频带窄等原因导致的振动能量采集效率低、实际应用效果不佳的问题,通过欧拉-伯努利梁的特征频率方程,分析悬臂梁收集能量的特性和振动学特性,得到影响压电悬臂梁固有频率的3个参数:有效刚度、有效质量和... 详细信息

针对压电悬臂梁因固有频率过高、频带窄等原因导致的振动能量采集效率低、实际应用效果不佳的问题,通过欧拉-伯努利梁的特征频率方程,分析悬臂梁收集能量的特性和振动学特性,得到影响压电悬臂梁固有频率的3个参数:有效刚度、有效质量和自由端惯性矩。提出一种通过改变整体有效刚度来优化悬臂梁的弹簧连接质量块式结构,并进一步通过改变结构的惯性矩得出多自由度弹簧悬臂梁,降低了梁的固有频率,并在仿真实验中得到验证。仿真实验中发现由于两阶谐振频率间距减小而产生频带叠加的现象,通过两阶频带分解解释其产生的可能性。实验结果得出弹簧连接质量块式悬臂梁结构较传统而言,输出电压提高30%,频带拓宽为原来的2.5倍;虽然与质量块悬臂梁相比改善效果不明显,但引入多自由度后输出电压最高能提高60%,频带拓宽最高为质量块悬臂梁的3.3倍。

关键词：压电悬臂梁固有频率弹簧连接质量块多自由度频带叠加

考虑齿轮磨损的行星减速器传动精度时变可靠性分析及优化设计

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计算机集成制造系统 2022年第3期28卷 745-757页

作者：潘柏松林琮凯项涌涌文娟施罗杰浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验室浙江杭州310014

针对行星减速器工作过程中存在齿轮动态磨损因素导致传动精度可靠度下降的问题,建立了考虑齿轮磨损的行星减速器传动精度时变可靠性模型,并进行了传动精度可靠性分析与公差优化设计。基于啮合线分析方法建立了行星减速器传动误差模型,... 详细信息

针对行星减速器工作过程中存在齿轮动态磨损因素导致传动精度可靠度下降的问题,建立了考虑齿轮磨损的行星减速器传动精度时变可靠性模型,并进行了传动精度可靠性分析与公差优化设计。基于啮合线分析方法建立了行星减速器传动误差模型,对齿轮磨损这一随机过程进行了数值仿真,并利用高斯过程预测了齿轮磨损量;以某二级2K-H型行星减速器为例,运用改进的基于随机过程离散化时变可靠性分析方法求解其传动精度可靠度;建立以加工成本最低为优化目标、传动精度可靠度和齿轮磨损量为约束条件的公差优化设计模型,通过序列二次规划法对影响加工成本的设计参数进行优化。经优化后,加工成本降低了3.8%,在达到减速器预期寿命时,其传动精度可靠度达到99.33%,较优化前提升了10.96%。

关键词：齿轮磨损随机过程传动精度时变可靠性优化设计

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渐开线齿面串联弹性器件传动机理研究

农业机械学报 2023年第1期54卷 425-431,458页

作者：蒋建东李明贵乔欣浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验室杭州310023

串联弹性器件广泛应用于外骨骼机器人驱动关节,有利于重载荷情况下的电机软启动。针对旋转类串联弹性器件转动刚度变化引起的传动力矩波动,弹性传动和刚性传动两种状态转换时的传动冲击等问题,提出了一种渐开线齿面弹性器件,建立了传动... 详细信息

串联弹性器件广泛应用于外骨骼机器人驱动关节,有利于重载荷情况下的电机软启动。针对旋转类串联弹性器件转动刚度变化引起的传动力矩波动,弹性传动和刚性传动两种状态转换时的传动冲击等问题,提出了一种渐开线齿面弹性器件,建立了传动力学模型,并对器件的弹性-刚性传动过程进行了动力学分析与仿真,研究轴心装配偏差对渐开线齿面啮合滑动率与接触面接合冲击的影响,通过对弹性器件安装倾角参数优化保证了传动件转动刚度变化率最小,有效控制了弹性传动过程中的转矩波动。最后对器件进行了下肢外骨骼驱动关节工程验证和传动静特性实验,结果表明,轴心装配偏差会导致接触面接合时转矩激增,当偏差在0.05 mm内时(渐开线齿面啮合滑动率最大为0.006 5),与平面矩形弹性器件相比,转矩激增值平均降低43.55%。

关键词：外骨骼机器人串联弹性驱动器柔性关节渐开线齿廓

三相磨粒流文丘里管结构空化辅助抛光机理与试验

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农业工程学报 2018年第16期34卷 71-79页

作者：计时鸣曹慧强赵军潘烨葛满浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点试验室杭州310014

为解决传统流体抛光效率低等问题,该文提出三相磨粒流文丘里管结构空化辅助抛光方法,进行了理论分析和试验研究。利用计算流体力学对三相磨粒流有无文丘里管结构空化2种情况分别进行数值模拟,分析和对比流场内的速度矢量、动压力和湍动... 详细信息

为解决传统流体抛光效率低等问题,该文提出三相磨粒流文丘里管结构空化辅助抛光方法,进行了理论分析和试验研究。利用计算流体力学对三相磨粒流有无文丘里管结构空化2种情况分别进行数值模拟,分析和对比流场内的速度矢量、动压力和湍动能等参数。为了验证数值模拟的正确性和所提出方法的有效性,一方面进行了PIV(Particle image velocimetry)观测试验,观察和分析流场内空化云团的演化,进一步分析空化辅助抛光机理;另一方面进行了三相磨粒流空化抛光试验,对工件的表面粗糙度和表面形貌进行测量和分析。理论和试验结果表明:空化辅助下的流场速度、动压力、湍动能和有效加工区域明显增大,数值分析与PIV观测试验、抛光试验结果具有很好的一致性,三相磨粒流文丘里管结构空化辅助抛光方法显著提高了抛光效率。加工对比试验显示,空化辅助磨粒流抛光相比同参数的传统流体抛光效率大幅提高,经12 h抛光后工件表面粗糙度Ra从160 nm最低下降到4.95 nm。

关键词：空化数值模拟涡量 PIV 磨粒流加工试验

基于MFF-STDC网络的室外复杂环境小目标语义分割方法

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吉林大学学报(工学版) 2024年

作者：艾青林刘元宵杨佳豪浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点实验室

针对轻量化网络在复杂环境中小目标类别物体分割效果较差的问题，搭建基于多层级特征融合的MFF-STDC网络模型。通过多次叠加基于分组卷积的特征提取模块，使网络提升特征提取能力。通过分层权重注意力优化模块与CA注意力机制提升多尺度... 详细信息

针对轻量化网络在复杂环境中小目标类别物体分割效果较差的问题，搭建基于多层级特征融合的MFF-STDC网络模型。通过多次叠加基于分组卷积的特征提取模块，使网络提升特征提取能力。通过分层权重注意力优化模块与CA注意力机制提升多尺度特征信息的结合能力。建立了基于自适应复制算法的A-Cityscapes数据集、A-IDD数据集以及Field数据集，增加了数据集中小目标类别的数量，并完成训练与测试。MFF-STDC网络与STDC对比，mIoU分别提升了4.01%，3.65%，2.94%，并且对复杂环境中小目标类别的分割效果远好于其他网络。搭建了实景测试实验平台，测试结果表明，MFF-STDC网络有效提升了小目标类别的语义分割精度与分类能力，并且满足实时性要求。

关键词：计算机应用小目标类别检测多层级特征融合 CA机制自适应复制算法

高频谐振疲劳机载荷测量误差建模分析及试验夹具优化设计

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中国机械工程 2019年第22期30卷 2675-2682页

作者：高红俐朱楷勇龚澳姜伟浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点实验室

电磁谐振式疲劳裂纹扩展试验过程中,对动态载荷的高精度测量和控制是保证试验结果准确性和系统工作稳定性的重要前提,夹具作为夹持试件和传递载荷的重要机构,对其进行结构优化显得尤为重要。建立了紧凑拉伸(CT)试件连接刚度模型和三自... 详细信息

电磁谐振式疲劳裂纹扩展试验过程中,对动态载荷的高精度测量和控制是保证试验结果准确性和系统工作稳定性的重要前提,夹具作为夹持试件和传递载荷的重要机构,对其进行结构优化显得尤为重要。建立了紧凑拉伸(CT)试件连接刚度模型和三自由度有阻尼振动系统动力学模型,得到了动态载荷测量误差理论表达式;分析了夹具刚度对动态载荷测量误差的影响,设计了不同结构刚度的试件夹具,并通过有限元方法计算其刚度,得到了不同结构夹具对动态载荷测量误差的影响结果;实验验证了优化夹具设计的合理性。

关键词：动态载荷高精度测量疲劳裂纹扩展试验接触刚度夹具优化电磁谐振

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叉车横置油缸式转向机构的设计与优化

中国机械工程 2019年第19期30卷 2329-2334,2341页

作者：应富强马亮亮汪内利浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点实验室

为了解决叉车无法原地转向且转向困难等问题,结合基本的横置油缸式叉车转向机构,设计了一种新型的空间转向机构,并建立了该机构的力学模型。在虚拟样机中进行参数化设计,以转向活塞杆受力、转向误差以及转向过程中的干涉间隙为目标,利用... 详细信息

为了解决叉车无法原地转向且转向困难等问题,结合基本的横置油缸式叉车转向机构,设计了一种新型的空间转向机构,并建立了该机构的力学模型。在虚拟样机中进行参数化设计,以转向活塞杆受力、转向误差以及转向过程中的干涉间隙为目标,利用Insight模块进行多目标优化。根据优化结果修改模型,确定最终的模型,最后进行了转弯半径测试和节能测试。结果表明:优化后的新型叉车转向机构可以实现原地转向,转向受力情况得到改善。

关键词：叉车转向机构多目标优化样机测试力学模型

模量面内变化的梯度功能弹性薄层接触应力分析

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中国机械工程 2019年第22期30卷 2647-2654页

作者：金明生康杰董晓星王礼明计时鸣浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点实验室

针对材料均匀去除要求,提出了一种基于梯度功能研抛盘的加工新方法,研究了模量面内变化的梯度功能弹性薄层接触应力问题。用半逆解法推导出梯度功能弹性薄层无摩擦接触应力方程,引入补偿函数来补偿平面位移的影响,简化了解析过程;利用AN... 详细信息

针对材料均匀去除要求,提出了一种基于梯度功能研抛盘的加工新方法,研究了模量面内变化的梯度功能弹性薄层接触应力问题。用半逆解法推导出梯度功能弹性薄层无摩擦接触应力方程,引入补偿函数来补偿平面位移的影响,简化了解析过程;利用ANSYS建立了梯度功能研抛盘无摩擦接触模型,得到位移加载下试样表面的等效应力分布;通过与应力方程拟合,获得了应力预测方程解析式及相应的补偿函数关系。最后,建立了试验平台,试验对比结果显示误差在10%以内,验证了接触应力预测方程解析式的正确性。

关键词：研抛均匀去除梯度功能接触应力弹性薄层补偿函数