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融合多尺度前沿边界信息的移动机器人自主探索方法

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中国惯性技术学报 2025年第02期 147-154页

作者：吴兰李嘉琦闫晶晶河南工业大学机电工程学院河南工业大学电气工程学院

针对移动机器人在多障碍未知环境自主探索时，存在导航目标点选择盲目的问题，提出一种融合多尺度前沿边界信息的移动机器人自主探索方法。首先，对原始代价地图进行一次卷积处理，得到区域型代价地图。其次，利用聚类算法得到边界簇密... 详细信息

针对移动机器人在多障碍未知环境自主探索时，存在导航目标点选择盲目的问题，提出一种融合多尺度前沿边界信息的移动机器人自主探索方法。首先，对原始代价地图进行一次卷积处理，得到区域型代价地图。其次，利用聚类算法得到边界簇密度替代原始算法以反映前沿边界数量。再次，引入Fast特征提取以及孤立随机森林算法，将前沿边界的信息增益以及全局离群边界加入到评估中。最后，将多尺度边界信息进行归一化处理，重构价值评估函数，实时更新最优导航目标点。通过仿真与实机验证，所提算法相较于原始算法在时间上平均缩短了19.7%、路径长度平均缩短16.2%，且在复杂环境下提升更加明显，表明所提算法提高了自主搜索的效率。

关键词：移动机器人自主探索区域代价地图多尺度边界信息

大豆调质塔加热层的颗粒运动和干燥层的热风流场数值仿真分析

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中国油脂 2025年第2期50卷 135-142页

作者：唐静静吴伟中李寒扶宇洋河南工业大学机电工程学院郑州450001

为了优化大豆调质塔加热层椭圆管和干燥层角状盒的设计,采用离散元法(DEM)仿真分析加热层椭圆管的结构和分布对大豆颗粒运动的影响,采用计算流体动力学法(CFD)仿真分析干燥层中的热空气流动规律。结果表明:椭圆管长短轴比为2.28∶1时,... 详细信息

为了优化大豆调质塔加热层椭圆管和干燥层角状盒的设计,采用离散元法(DEM)仿真分析加热层椭圆管的结构和分布对大豆颗粒运动的影响,采用计算流体动力学法(CFD)仿真分析干燥层中的热空气流动规律。结果表明:椭圆管长短轴比为2.28∶1时,大豆颗粒在加热层中分布均匀不堵料,颗粒碰撞次数少,有利于提高大豆加热效率,并降低颗粒的破损和椭圆管的磨损程度;相邻加热层椭圆管的轴向夹角为90°时颗粒经过加热层所需时间最短,轴向夹角的变化对颗粒在加热层中产生的碰撞次数无显著影响;当干燥层角状盒的轴向与加热层椭圆管的轴向相互平行时,干燥层中热风存在较大湍流,热风在干燥层中的分布更分散,热风在角状盒两侧形成较为柔和的逆流,更有利于大豆颗粒干燥及顺利下落。通过分析调质塔加热层及干燥层参数对大豆颗粒运动特性、热风流场分布的影响,可为调质塔的结构设计优化提供参考。

关键词：调质加热层干燥层颗粒运动热风流场

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用于缺陷检测的YOLOv8轻量化设计方法

电子测量技术 2025年

作者：艾峰邓耀华广东工业大学机电工程学院

在大规模制造的端侧产线工业质检应用中，由于算力、成本和功耗等因素的限制，将深度学习模型裁剪并部署到小型算力的边缘设备上变得尤为重要。针对铝型材复杂缺陷检测这一应用场景，基于YOLOv8设计了缺陷检测模型。首先，通过轻量化结... 详细信息

在大规模制造的端侧产线工业质检应用中，由于算力、成本和功耗等因素的限制，将深度学习模型裁剪并部署到小型算力的边缘设备上变得尤为重要。针对铝型材复杂缺陷检测这一应用场景，基于YOLOv8设计了缺陷检测模型。首先，通过轻量化结构设计，结合局部自注意力机制提升细微缺陷提取能力；采用空间通道下采样替代传统下采样卷积；并提出结合混合局部通道注意力机制的C2f-M模块。然后，基于双向特征金字塔网络设计了SC-BiFPN颈部网络，增强了多尺度特征融合能力。接着，设计任务动态对齐的特征检测头TDADH，充分利用多层次特征，实现更精准的目标定位与分类；采用MPDIoU损失函数增强边界框回归能力。最后，通过Taylor方法对YOLOv8进行裁剪，显著减少模型参数量和计算成本。实验结果表明，轻量化YOLOv8模型在铝材表面缺陷数据集上的参数量降低至原模型的36.7%，计算量减少40%，模型体积缩小62%；同时，检测精确度、召回率及mAP@50-95分别提升0.3%、1.1%、4.8%。该方法有效解决了端侧部署中的计算复杂度与检测性能平衡问题，为小型算力硬件上的高效缺陷检测提供了可行方案。

关键词：缺陷检测双向特征金字塔损失函数任务动态对齐剪枝

介电层表面微结构3D打印构筑与摩擦纳米发电机性能研究

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机械工程学报 2025年

作者：杨磊鹏王以磊王开政潘柏松肖渊西安工程大学机电工程学院西北机电工程研究所浙江工业大学台州研究院

介电层表面微结构构筑对提升摩擦纳米发电机输出性能尤为关键。针对目前介电层表面微结构构筑工艺复杂、柔性差等问题，提出3D打印构筑摩擦纳米发电机介电层表面微结构，并采用理论与实验相结合的方法研究微结构种类、特征尺寸和数量对... 详细信息

介电层表面微结构构筑对提升摩擦纳米发电机输出性能尤为关键。针对目前介电层表面微结构构筑工艺复杂、柔性差等问题，提出3D打印构筑摩擦纳米发电机介电层表面微结构，并采用理论与实验相结合的方法研究微结构种类、特征尺寸和数量对摩擦纳米发电机输出性能的影响规律。结果表明：构筑正四棱锥、半球体和正方体表面微结构可有效提升摩擦纳米发电机输出性能，且正方体表面微结构对于摩擦纳米发电机输出性能的影响更为显著，峰值电压最大增长38.7%，短路转移电荷量最大增长36.9%，峰值电流最大增长为42.9%；特征尺寸越大，微结构分布数量越多，摩擦纳米发电机输出性能越强；所述方法具有工艺简单、高柔性等优势，所建的仿真模型与实验结果具有较好的一致性，可为摩擦纳米发电机介电层表面微结构优化设计制造提供理论依据。

关键词：摩擦纳米发电机 3D打印表面微结构构筑输出性能

基于流固耦合的双靴互嵌式指尖密封动态性能分析

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航空动力学报 2025年第2期40卷 486-498页

作者：袁景琳苏华黄玉辉西北工业大学机电学院

提出一种具有双梁、双靴互嵌式非接触指尖密封结构，建立了密封系统动态性能流固耦合数值分析模型，对转子施加正弦激励，分别研究转速、压差以及转子激励幅值对双靴互嵌式指尖密封的动态气膜承载力、密封靴最大变形以及泄漏率的影响，... 详细信息

提出一种具有双梁、双靴互嵌式非接触指尖密封结构，建立了密封系统动态性能流固耦合数值分析模型，对转子施加正弦激励，分别研究转速、压差以及转子激励幅值对双靴互嵌式指尖密封的动态气膜承载力、密封靴最大变形以及泄漏率的影响，并与典型单靴非接触式指尖密封结构性能进行对比。结果表明：在低速低压工况下，双靴互嵌式指尖密封对不同幅值转子激励的跟随性均良好；高速高压工况时，跟随性有所降低。此外，在高速高压工况时，气膜承载力明显提升，且在转子向上跳动阶段泄漏率随激励幅值增大而明显减小。与典型单靴式流体静动压式指尖密封相比，双靴互嵌式指尖密封泄漏因子平均降低约25%。合理设计初始安装间隙，可避免转子与靴底发生碰撞。该研究结果为设计满足高工况的非接触式指尖密封提供一种思路。

关键词：双靴互嵌式指尖密封正弦激励动态性能流固耦合初始安装间隙

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基于混联机床的螺旋桨双面加工后置处理算法

哈尔滨工程大学学报 2025年第1期46卷 63-70,78页

作者：葛昱昊郭祥雨王瑞哈尔滨工业大学(威海)海洋工程学院山东威海264209 哈尔滨工业大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150001

针对船用螺旋桨传统加工方法效率、精度较低的问题,本文基于2套XYZ-3RPS混联加工装置,研究了螺旋桨桨叶的双面协同加工方法。在此基础上,根据螺旋桨的几何特性开发了后置处理算法。通过两侧刀位数据对齐实现了两侧刀具在桨叶表面内部区... 详细信息

针对船用螺旋桨传统加工方法效率、精度较低的问题,本文基于2套XYZ-3RPS混联加工装置,研究了螺旋桨桨叶的双面协同加工方法。在此基础上,根据螺旋桨的几何特性开发了后置处理算法。通过两侧刀位数据对齐实现了两侧刀具在桨叶表面内部区域的对称加工;通过两侧刀具在桨叶表面边缘区域的错位走刀,避免了碰撞;通过分段五次插值及超限校验算法,实现了平滑稳定的加工过程。最后,通过仿真和实际加工实验,验证了后置处理算法的有效性与可行性。

关键词：螺旋桨混联机床双面加工后置处理双曲线插补运动学分析分段插值超限校验

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散粮管道旋流气力输送流场特性研究

中国农机化学报 2025年第1期46卷 99-104,137页

作者：杨磊王龙张永宇李颍鹏徐雪萌河南工业大学机电工程学院郑州市450007

针对旋流气力输送气固多相流场相间作用复杂,缺乏相关流场理论及起旋技术与装备研究等问题,开展散粮水平直管旋流气力输送特性研究。设计导流叶片式起旋器产生旋流场,为维持旋流输送,设计侧向补气继旋装置。搭建试验平台,以小麦颗粒为... 详细信息

针对旋流气力输送气固多相流场相间作用复杂,缺乏相关流场理论及起旋技术与装备研究等问题,开展散粮水平直管旋流气力输送特性研究。设计导流叶片式起旋器产生旋流场,为维持旋流输送,设计侧向补气继旋装置。搭建试验平台,以小麦颗粒为试验材料,开展针对旋流纯流场与两相流场特性试验研究。结果表明,在旋流纯流场中,入口风速为15~20 m/s时,系统静压损失最小,旋进距离最远;在加入小麦颗粒的两相流场中,入口风速为20 m/s时,旋流管内颗粒分布均匀,静压标准差最小,输送过程更加平稳;散粮旋流气力输送继旋试验中,当主管风速度为20 m/s,补气管风速度为60 m/s,主管与辅管夹角为45°时,流场输送效果较好,系统能耗较小。验证导流叶片式起旋器和侧向补气继续装置设计的合理性。

关键词：散粮水平直管旋流气力输送

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超精密运动平台阵列点位在线测量时间最优运动规划

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组合机床与自动化加工技术 2025年第1期 51-56页

作者：陈志航陈新度吴磊李泽坤广东工业大学机电工程学院广州510006

超精龙门式运动测量平台在执行IC阵列点位在线测量任务时,安装于龙门横梁滑座上的相机镜头会产生残余振动,影响测量精度与效率。提出一种阵列测量时间最优运动规划方法,采用基于三阶多项式的非对称S型曲线对运动平台x、y轴进行运动规划... 详细信息

超精龙门式运动测量平台在执行IC阵列点位在线测量任务时,安装于龙门横梁滑座上的相机镜头会产生残余振动,影响测量精度与效率。提出一种阵列测量时间最优运动规划方法,采用基于三阶多项式的非对称S型曲线对运动平台x、y轴进行运动规划,定义了一种包含4个独立变量、2个相关变量的非对称S型曲线运动规划模型,采用Laplace方法获取相机镜头在不同方向运动时的残余振动响应,根据物理约束条件和残余振动衰减情况建立单轴的时间最优运动规划模型,求解要求3μm定位精度下的单轴时间最优运动规划参数,根据所需定位时间确定主运动方向,从而实现高精快速阵列点位测量的目标。在目标平台上进行试验验证,所述运动规划方法能显著减小x、y轴单个点位运动的定位时间,且y轴所需时间更少,在进行阵列点位在线测量时选择y轴为主运动方向,可以显著提高阵列点位测量效率。

关键词：二维运动平台测量运动规划非对称S曲线残余振动时间最优

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触针式轮廓仪传感器非线性误差的补偿

轴承 2025年第2期 53-59页

作者：付嵌波赫东锋卢珺琪西安工业大学机电工程学院西安710021

触针式轮廓仪测量时传感器中杠杆转动所带来的非线性误差是影响其测量精度的一个重要因素。现有的非线性误差补偿方法多采用多项式进行拟合和补偿,随着触针式轮廓仪测量范围的增大,多项式误差补偿方法存在较大的残余误差,为此提出一种... 详细信息

触针式轮廓仪测量时传感器中杠杆转动所带来的非线性误差是影响其测量精度的一个重要因素。现有的非线性误差补偿方法多采用多项式进行拟合和补偿,随着触针式轮廓仪测量范围的增大,多项式误差补偿方法存在较大的残余误差,为此提出一种基于非多项式的触针式轮廓仪误差补偿方法。首先,建立触针式轮廓仪传感器的非多项式误差模型;然后,以标准球作为标准器,结合Pratt圆拟合最小二乘法以及Levenberg-Marquardt寻优算法,实现模型参数的标定;最后,利用标定获得的参数对触针式轮廓仪传感器的非线性误差进行补偿。对半径为4.7625 mm钢球的轮廓度测量数据误差进行补偿,结果表明,所提出的非多项式误差模型能比传统多项式模型更有效地减小触针式轮廓仪传感器的非线性误差。另外,通过不同半径标准球的标定和补偿试验表明,采用同一标准球获得的标定参数可以应用于不同曲率半径曲线测量时的非线性误差补偿,证明了该补偿方法可以用于复杂轮廓测量时传感器非线性误差的补偿。

关键词：滚动轴承轮廓仪传感器非线性误差误差补偿最小二乘法

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