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基于刚度可调的气动位置伺服系统摩擦补偿控制

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西北工业大学学报 2024年第1期42卷 138-148页

作者：魏琼陆浩吴子龙白林勇张道德李奕湖北工业大学机械工程学院湖北武汉430068

气动伺服系统的低刚度、低气源压强、流量易饱和等特性,导致系统在工作过程中能量耗散较大,系统易受摩擦影响,且补偿效果不明显。尤其是当系统的运动方向改变时,会产生明显的“平顶现象”,严重影响气动伺服系统的跟踪精度。采用负载口... 详细信息

气动伺服系统的低刚度、低气源压强、流量易饱和等特性,导致系统在工作过程中能量耗散较大,系统易受摩擦影响,且补偿效果不明显。尤其是当系统的运动方向改变时,会产生明显的“平顶现象”,严重影响气动伺服系统的跟踪精度。采用负载口独立控制结构,消除因两腔耦合而导致的能量耗散,使系统流量特性尽可能地位于线性区间;针对气动系统中存在的摩擦中部分参数不确定,以及外界干扰、动态负载的不确定性,设计非线性自适应鲁棒控制方法;将系统的刚度调节与自适应鲁棒控制进行协同控制,提高气动位置伺服系统的动态性能。仿真和实验结果均表明:具有刚度调节的自适应鲁棒控制能够明显降低系统能量耗散,提高系统位置跟踪精度,有效改善摩擦引起的“平顶现象”。

关键词：摩擦补偿气动位置伺服刚度调节负载口独立控制

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杂乱场景下小物体抓取检测研究

中国图象图形学报 2024年第2期29卷 468-477页

作者：孙国栋贾俊杰李明晶张杨湖北工业大学机械工程学院武汉430068

目的杂乱场景下的物体抓取姿态检测是智能机器人的一项基本技能。尽管六自由度抓取学习取得了进展,但先前的方法在采样和学习中忽略了物体尺寸差异,导致在小物体上抓取表现较差。方法提出了一种物体掩码辅助采样方法,在所有物体上采... 详细信息

目的杂乱场景下的物体抓取姿态检测是智能机器人的一项基本技能。尽管六自由度抓取学习取得了进展,但先前的方法在采样和学习中忽略了物体尺寸差异,导致在小物体上抓取表现较差。方法提出了一种物体掩码辅助采样方法,在所有物体上采样相同的点以平衡抓取分布,解决了采样点分布不均匀问题。此外,学习时采用多尺度学习策略,在物体部分点云上使用多尺度圆柱分组以提升局部几何表示能力,解决了由物体尺度差异导致的学习抓取操作参数困难问题。通过设计一个端到端的抓取网络,嵌入了提出的采样和学习方法,能够有效提升物体抓取检测性能。结果在大型基准数据集GraspNet-1Billion上进行评估,本文方法取得对比方法中的最优性能,其中在小物体上的抓取指标平均提升了7%,大量的真实机器人实验也表明该方法具有抓取未知物体的良好泛化性能。结论本文聚焦于小物体上的抓取,提出了一种掩码辅助采样方法嵌入到提出的端到端学习网络中,并引入了多尺度分组学习策略提高物体的局部几何表示,能够有效提升在小尺寸物体上的抓取质量,并在所有物体上的抓取评估结果都超过了对比方法。

关键词：六自由度抓取采样策略多尺度学习点云学习深度学习

考虑回弹的水平上调式三辊卷板机卷圆精度研究

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塑性工程学报 2024年第2期31卷 66-75页

作者：黎仕钱应平张东桥匡佳维方文康姚主林湖北工业大学机械工程学院湖北武汉430070

为提高卷圆成形精度,建立了不考虑回弹与考虑回弹时水平位移量与卷圆半径之间的理论模型。采用ABAQUS软件建立了卷圆成形有限元模型,并通过实验验证了理论模型及有限元模型的可靠性。基于可靠的有限元模型,研究了材料、摩擦力和板厚对... 详细信息

为提高卷圆成形精度,建立了不考虑回弹与考虑回弹时水平位移量与卷圆半径之间的理论模型。采用ABAQUS软件建立了卷圆成形有限元模型,并通过实验验证了理论模型及有限元模型的可靠性。基于可靠的有限元模型,研究了材料、摩擦力和板厚对卷圆成形精度的影响规律。研究结果表明,不考虑回弹时实验和仿真的成形半径与目标半径之间的误差分别为31.3%和20.7%。考虑回弹后的误差分别降低至2.2%和1.2%;在相同水平位移量下,材料的屈服强度越高,成形半径越大;摩擦力对成形半径的影响较小;板料越厚,成形半径越小。针对不同材料与不同厚度的板料卷圆成形,考虑回弹时的理论模型能够获得更精确的水平位移量,从而提升卷圆精度。

关键词：三辊卷板机板料回弹数学模型成形精度

非平坦环境下履带机器人多目标路径规划方法研究

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中国机械工程 2024年

作者：张道德卢子健赵坤杨智勇湖北工业大学机械工程学院

为实现在非平坦环境下履带机器人路径规划高效、安全、节能等运行目标，本文提出了一种改进的NSGA-II多目标路径规划方法。首先，综合分析非平坦环境下履带机器人作业需求，建立2.5D栅格环境模型简化复杂的环境地图；然后，选取路径长... 详细信息

为实现在非平坦环境下履带机器人路径规划高效、安全、节能等运行目标，本文提出了一种改进的NSGA-II多目标路径规划方法。首先，综合分析非平坦环境下履带机器人作业需求，建立2.5D栅格环境模型简化复杂的环境地图；然后，选取路径长度短、能量消耗低和安全性高作为机器人路径规划子目标指标；最后，通过8邻域曼哈顿防碰撞算法改进栅格选择方式避免机器人与障碍物栅格顶点碰撞，并在NSGA-II算法中引入精英替换策略扩大种群规模，防止优良路径基因流失，加速算法收敛。相较于MOVNS算法，所提方法规划出的路径在路径长度平均缩短9.02%、能耗平均节省18.36%、危险率平均降低7.28%，有助于提升非平坦环境下的路径质量。

关键词：路径规划非平坦环境能量消耗防碰撞多目标优化

基于特征矩阵相似度的圆棒类产品表面缺陷检测方法

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武汉大学学报(工学版) 2024年第9期 1342-1348页

作者：吴庆华高粲张哲铭任耀强沈高建湖北工业大学机械工程学院

为了解决质检实验室人工抽检环节在圆棒类产品表面缺陷检测中效率低、精度低、标准不统一的问题，提出了一种基于特征矩阵相似度的产品表面缺陷检测方法。首先，通过对产品表面缺陷进行分析，使用基于最大类间方差的多阈值分割法对产品... 详细信息

为了解决质检实验室人工抽检环节在圆棒类产品表面缺陷检测中效率低、精度低、标准不统一的问题，提出了一种基于特征矩阵相似度的产品表面缺陷检测方法。首先，通过对产品表面缺陷进行分析，使用基于最大类间方差的多阈值分割法对产品表面缺陷区域进行分割，并从形状轮廓、颜色、位置和区域特征等多个方面对缺陷进行特征提取，建立各类缺陷图像的数据特征分布。再将特征各异、数量不一的缺陷特征统一转换为特征检测矩阵形式，采用余弦相似度来度量其与产品表面缺陷特征矩阵之间的相似性，从而判断产品是否存在缺陷，并对产品表面缺陷进行分类。以卷包产品为例，采集了4 820张产品样本图像进行缺陷检测实验，结果表明，使用所提方法对产品表面缺陷进行检测的平均准确率为97.48%、误检率为3.30%、漏检率为0.77%、Kappa系数为0.955 7，验证了该方法的有效性和一致性。

关键词：表面质量多特征融合余弦相似度缺陷检测

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面向汗液的可穿戴柔性电化学传感器研究进展

材料工程 2024年第2期52卷 78-91页

作者：陈晨李嘉夕聂磊湖北工业大学机械工程学院现代制造质量工程湖北省重点实验室武汉430068

汗液中含有人体诸多生理信息,如电解质、代谢物、激素、温度等。基于汗液的可穿戴式传感器可对多模态生物指标实现分子层面上的实时、连续、非侵入式监测,在运动感知、疾病预防以及健康管理等领域具有重大发展潜力,而被广泛研究。本文... 详细信息

汗液中含有人体诸多生理信息,如电解质、代谢物、激素、温度等。基于汗液的可穿戴式传感器可对多模态生物指标实现分子层面上的实时、连续、非侵入式监测,在运动感知、疾病预防以及健康管理等领域具有重大发展潜力,而被广泛研究。本文阐述了可穿戴汗液传感器集成结构中基底、集汗、传感、电源和决策五大模块,着重强调了纳米结构(如金属基、碳基等材料)在电化学传感敏感材料中表现出的优异性能及应用,最后讨论了可穿戴汗液传感器在微量汗液收集及多参数传感中物理化学变量的可变性等方面存在的挑战。针对汗液收集和实时校准两个关键问题,提出可穿戴汗液传感未来发展方向包括仿生微流控技术和多参数反馈调控方法,实现微量汗液高效收集及精确检测,将有效推动汗液传感在慢性重大疾病实时预警的应用和发展。

关键词：汗液传感器可穿戴电化学纳米结构柔性集成结构

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低照明复杂环境下吸烟行为检测技术研究

安全与环境学报 2024年第9期24卷 3522-3531页

作者：谭梦颖王祥聂磊湖北工业大学机械工程学院武汉430068

实时的吸烟行为监测对于保障工地安全具有重要的意义。研究针对隧道等低照明环境因光照强度低、光线分布混杂、点光源过曝光而导致的烟支检测精度低的问题,提出了一种基于改进YOLOv5s(You Only Look Once Version 5s)的吸烟行为检测模... 详细信息

实时的吸烟行为监测对于保障工地安全具有重要的意义。研究针对隧道等低照明环境因光照强度低、光线分布混杂、点光源过曝光而导致的烟支检测精度低的问题,提出了一种基于改进YOLOv5s(You Only Look Once Version 5s)的吸烟行为检测模型。首先,设计一种图像增强方法,旨在限制点光源过曝光产生的局部高光,增强烟支特征细节,改善图像对比度。其次,引入卷积块注意力模块(Convolutional Block Attention Module,CBAM),使模型更加聚焦烟支目标区域的内容信息和位置信息。最后,改进多尺度检测头,增加适用于烟支的更小检测层,提升模型对烟支的检测能力。试验结果显示,研究提出的针对低照明环境的检测模型可将平均检测精度从91.8%提升至95.9%,相较于原模型和其他经典模型,检测效果得到了显著提升,表明了方法的有效性。

关键词：安全工程低照度图像目标检测图像增强注意力机制

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袋装饲料自动装车机码包装置的设计与优化

饲料工业 2024年

作者：谢鼎越邓援超宋志成蔡宇飞湖北工业大学机械工程学院

文章提出了一种应用于袋装饲料装车的凸轮连杆机构式码包装置，并根据实际工况运用解析法对凸轮连杆机构进行了尺寸综合设计。随后利用MATLAB软件绘制了凸轮的轮廓曲线和压力角曲线；然后利用ADAMS软件对凸轮连杆机构进行仿真分析，从... 详细信息

文章提出了一种应用于袋装饲料装车的凸轮连杆机构式码包装置，并根据实际工况运用解析法对凸轮连杆机构进行了尺寸综合设计。随后利用MATLAB软件绘制了凸轮的轮廓曲线和压力角曲线；然后利用ADAMS软件对凸轮连杆机构进行仿真分析，从仿真的结果曲线中发现其运动的速度和加速度幅值过大，需要对其进行优化；采用MATLAB软件中的NSGA-II算法对凸轮连杆机构进行尺寸优化，再将优化后的参数代入ADAMS软件中进行模拟仿真。最后将仿真得到的速度与加速度曲线与之前的曲线进行对比，可以发现优化后的速度和加速度有明显降低，提高了码包机构运动的平稳性，达到了优化设计的目的。为袋装饲料装车机码包装置的设计提供了一种新的思路，并且为平面凸轮连杆机构的优化设计提供了一定参考价值。

关键词：码包装置凸轮连杆机构尺寸综合设计模拟仿真优化设计

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三七土壤参数测定及挖掘铲优化研究

农机化研究 2025年第1期 165-172页

作者：刘梦飞周伟李西兴湖北工业大学机械工程学院

针对三七挖掘过程中挖掘铲所受阻力过大的问题，对传统的平面三七挖掘铲进行了优化。首先，对三七土壤参数进行了试验测定，并通过离散元仿真得到了土壤的堆积角，经试验验证所选土壤参数的准确性；其次，采用离散元软件EDEM建立了挖掘... 详细信息

针对三七挖掘过程中挖掘铲所受阻力过大的问题，对传统的平面三七挖掘铲进行了优化。首先，对三七土壤参数进行了试验测定，并通过离散元仿真得到了土壤的堆积角，经试验验证所选土壤参数的准确性；其次，采用离散元软件EDEM建立了挖掘铲的仿真模型，计算了其在挖掘过程中所受到的阻力，通过与平面铲对比验证了该结构可以降低挖掘铲在行驶过程中所受到的阻力；再次，以行进过程中所受阻力为指标对挖掘铲进行优化，分析挖掘铲的铲面弧度、铲尖角度、铲的间距和入土角度等参数对挖掘阻力的影响，结果表明：铲面弧度为116°、铲尖角度为120°、铲的间距为86 mm、入土角度为12°时，挖掘阻力最小，相较于传统挖掘铲阻力降低了23.6%;最后，对优化后的挖掘铲进行了试验验证，结果表明：平均误差为2.78%,在5%以内，满足设计需求。研究结果可为块茎类农作物挖掘铲的设计提供参考。

关键词：挖掘铲三七阻力离散元

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