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基于改进运动原语生成的陆空两栖机器人Kinodynamic A^(*)算法

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北京理工大学学报 2024年第2期44卷 189-199页

作者：徐彬孙恒飞唐寿星王雨桐张旺旺艾田付北京理工大学机械与车辆学院北京100081 北京理工大学重庆创新中心重庆401135

针对Kinodynamic A^(*)算法采用统一的运动原语生成,在陆空两栖机器人上应用时存在机动性无法充分发挥等问题,提出了基于改进运动原语生成的陆空两栖机器人Kinodynamic A^(*)算法。该算法从考虑陆、空模态运动能力差异出发,通过以下三... 详细信息

针对Kinodynamic A^(*)算法采用统一的运动原语生成,在陆空两栖机器人上应用时存在机动性无法充分发挥等问题,提出了基于改进运动原语生成的陆空两栖机器人Kinodynamic A^(*)算法。该算法从考虑陆、空模态运动能力差异出发,通过以下三个方法改进陆空两栖机器人Kinodynamic A^(*)算法性能。首先是基于动力边界决定状态空间加速度输入,差异化生成陆、空模态运动原语;其次是基于动力学约束剪枝,确保运动原语不超过速度边界;最后是构造轨迹优化代价函数优化轨迹平顺性、安全性及机动性。在仿真场景下的结果表明,所改进的算法在将空中平均速度提高了54.1%,平均路径总时间降低6.7 s,路径总代价降低22.00%,且算法运行时间降低0.069 s,充分发挥陆空两栖机器人上的强机动能力与高续航能力。

关键词：陆空两栖机器人路径规划 Kinodynamic A^(*) 运动原语轨迹优化

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侧斜参数对喷水推进泵性能的影响研究

工程热物理学报 2024年第1期45卷 101-106页

作者：望喻虎郑枫川陈泰然黄彪王国玉北京理工大学机械与车辆学院北京100081 北京理工大学重庆创新中心重庆401120

侧斜是螺旋桨水力设计中的重要参数,也对与螺旋桨相似的喷水推进泵的性能有着重要的影响。本文在原有的喷水推进泵水力模型的基础上改变侧斜分布获得了三种不同侧斜分布的喷水推进泵水力模型,使用数值模拟的方法获得了喷水推进泵的外特... 详细信息

侧斜是螺旋桨水力设计中的重要参数,也对与螺旋桨相似的喷水推进泵的性能有着重要的影响。本文在原有的喷水推进泵水力模型的基础上改变侧斜分布获得了三种不同侧斜分布的喷水推进泵水力模型,使用数值模拟的方法获得了喷水推进泵的外特性、内部流场和空化特性。研究结果表明,原型泵在马鞍区和小流量区运行时性能表现更好,而增大侧斜的C型泵在大流量区的性能表现更好。通过改变侧斜可以改变空化发生的位置和空化面积,提高空化性能。

关键词：喷水推进轴流泵侧斜空化

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火星超低雷诺数下螺旋桨气动性能研究

北京理工大学学报 2024年第2期44卷 172-181页

作者：张旺旺徐彬张海涛樊伟赵之然北京理工大学机械与车辆学院北京100083 北京理工大学重庆创新中心重庆401120

火星超低雷诺数环境导致螺旋桨系统气动特性相比于地球环境显著恶化,翼型表面层流分离现象影响了火星螺旋桨的气动特性.为设计出适应火星低雷诺数环境的螺旋桨,深入了解超低雷诺数对翼型气动特性的作用机理,采用Transition SST转捩模型... 详细信息

火星超低雷诺数环境导致螺旋桨系统气动特性相比于地球环境显著恶化,翼型表面层流分离现象影响了火星螺旋桨的气动特性.为设计出适应火星低雷诺数环境的螺旋桨,深入了解超低雷诺数对翼型气动特性的作用机理,采用Transition SST转捩模型求解非定常可压缩N-S方程的数值模拟技术,对几种适用于低雷诺数环境的翼型进行火星超低雷诺数环境下气动特性模拟计算,从而选取最适应火星大气环境的翼型.结果表明CLF5605翼型具有更好的气动性能.对选定的翼型进行不同超低雷诺数下气动特性模拟计算,揭示了超低雷诺数对翼型气动特性的影响,即在火星大气雷诺数范围内,更高的雷诺数对应更好的气动性能;对雷诺数从100~20000翼型表面边界层状态进行数值模拟,发现翼型层流分离结构发生显著变化,从低雷诺数下的层流边界层状态,随着雷诺数的增加开始发生层流分离,在翼型尾缘产生层流分离泡,并最终变成湍流边界层.采用最小能量损失的方法设计火星螺旋桨,对其气动性能进行了数值模拟仿真,并对轻量化制造的螺旋桨进行了地面台架实验验证,通过将地面实验结果与CFD数值模拟仿真结果对比,验证了螺旋桨轻量化设计合理性以及数值计算的准确性.

关键词：超低雷诺数气动特性边界层状态层流分离轻量化设计

面向分体式飞行汽车自主对接的自动驾驶底盘运动规划方法研究

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机械工程学报 2024年第10期60卷 235-244页

作者：郄天琪王伟达杨超李颖项昌乐北京理工大学机械与车辆学院北京100081 北京理工大学重庆创新中心重庆401122

飞行汽车是引领汽车行业未来技术发展的战略新兴方向,分体式飞行汽车作为飞行汽车的主流构型之一,由自动驾驶底盘、智能操控座舱和垂直起降飞行器三部分组成,为完成各部分的自主对接和组合,自动驾驶底盘需要沿规划的路径精确行驶至起飞... 详细信息

飞行汽车是引领汽车行业未来技术发展的战略新兴方向,分体式飞行汽车作为飞行汽车的主流构型之一,由自动驾驶底盘、智能操控座舱和垂直起降飞行器三部分组成,为完成各部分的自主对接和组合,自动驾驶底盘需要沿规划的路径精确行驶至起飞行器正下方。当前运动规划方法缺乏对来自传感器、控制器和执行器等诸多不确定因素的考虑,导致路径跟踪过程中底盘行驶轨迹偏离规划轨迹,难以精确行驶至预定位置,完成对接。为解决这一问题,提出一种基于长短期记忆网络(Long short-term memory,LSTM)车辆模型的自动驾驶底盘轨迹规划方法。采用LSTM网络表征自动驾驶底盘的运动学特性,在此基础上建立车辆运动学模型。基于该模型,构建模型预测控制架构下的滚动时域优化问题。进而采用基于向量加权平均值的优化方法求解该非线性优化问题,得到符合底盘运动学特性的行驶轨迹。基于团队研制的分体式飞行汽车样机,将提出的规划方法进行试验验证。在转弯场景中,采用提出的方法的底盘平均纵向位置偏差、最大纵向位置偏差与传统模型预测控制(Model predictive control,MPC)方法相比分别下降了78.89%、79.64%和86.67%。

关键词：分体式飞行汽车自主对接运动规划模型预测控制

分体式飞行汽车立体环境感知系统设计及试验研究

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机械工程学报 2024年第10期60卷 102-111页

作者：李颖王荣煊万成麟王伟达杨超徐彬北京理工大学机械与车辆学院北京100081 北京理工大学重庆创新中心重庆401120

飞行汽车能够根据道路与天气情况在地面行驶和空中飞行两种模式之间进行切换,对提升交通效率、适应复杂地形及降低交通设施成本具有重要意义。分体式飞行汽车由电动垂直起降飞行器、智能操控座舱和自动驾驶底盘三个独立模块构成,具备地... 详细信息

飞行汽车能够根据道路与天气情况在地面行驶和空中飞行两种模式之间进行切换,对提升交通效率、适应复杂地形及降低交通设施成本具有重要意义。分体式飞行汽车由电动垂直起降飞行器、智能操控座舱和自动驾驶底盘三个独立模块构成,具备地面无人行驶与空中自主飞行两种模式。首先,基于分体式飞行汽车自动驾驶、多模块自主对接引导等功能任务需求,提出立体环境感知系统传感器配置与部署方案并标定了传感器。其次,设计多传感器融合环境感知算法,实现目标检测、可行驶区域分割及多模块自主对接定位。最后,在分体式飞行汽车高性能边缘计算设备进行实车验证。试验表明该感知系统能取得高效的环境感知效果,为分体式飞行汽车的自动驾驶及自主对接引导提供新思路。

关键词：分体式飞行汽车环境感知传感器标定与算法测试

钛合金框锻件热锻过程中低倍组织分层及模具磨损行为的数值分析

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稀有金属材料与工程 2024年第7期53卷 1845-1854页

作者：滕海灏夏玉峰余盈燕尹慧重庆大学材料科学与工程学院重庆400045 重庆大学先进模具智能制造重庆市重点实验室重庆400044 中国第二重型机械集团德阳万航模锻有限责任公司四川德阳618013

TC18钛合金锻件低倍组织出现分层现象。较亮的低倍组织具有较低的性能,通常被称为冷模组织。降低冷却速度可能会减少冷模组织的产生,但也可能加剧模具磨损。通过模拟和实验研究了TC18钛合金框锻件热锻过程低倍组织分层、模具磨损与工艺... 详细信息

TC18钛合金锻件低倍组织出现分层现象。较亮的低倍组织具有较低的性能,通常被称为冷模组织。降低冷却速度可能会减少冷模组织的产生,但也可能加剧模具磨损。通过模拟和实验研究了TC18钛合金框锻件热锻过程低倍组织分层、模具磨损与工艺参数间的关系。通过二次开发将冷模组织和磨损深度预测模型导入DEFORM软件。利用开发后的软件模拟了钛合金框锻件连续锻造生产过程,研究了冷模组织和磨损特性。利用响应面法和优化参数,讨论了不同参数下模具磨损与冷模组织厚度间的关系。结果表明:钛合金锻件冷模组织含量主要受接触条件的影响,而锻模磨损深度主要受模具预热温度的影响。应用玻璃纤维润滑剂能在不显著增加磨损深度的前提下实现锻件冷模缺陷组织含量的有效降低。

关键词：模具磨损钛合金锻件低倍组织分层二次开发

基于注意力卷积胶囊网络的电液比例伺服阀故障诊断

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航空学报 2024年第15期45卷 122-131页

作者：胡渊豪宋艺博刘家辉赵孝礼邓文翔胡健姚建勇南京理工大学机械工程学院南京210094 重庆大学高端装备机械传动全国重点实验室重庆400044

针对目前基于模型的比例伺服阀故障诊断方法存在参数未知、不易建模的问题,首次提出了注意力卷积胶囊网络(ACCN)算法,并设计了基于注意力卷积胶囊网络的比例伺服阀故障诊断新方法。该算法首先使用卷积神经网络和高效通道注意力机制,对... 详细信息

针对目前基于模型的比例伺服阀故障诊断方法存在参数未知、不易建模的问题,首次提出了注意力卷积胶囊网络(ACCN)算法,并设计了基于注意力卷积胶囊网络的比例伺服阀故障诊断新方法。该算法首先使用卷积神经网络和高效通道注意力机制,对原始的多通道一维时域信号进行特征提取与融合,然后将融合结果输入到后续的胶囊网络中进行特征再提取和故障分类,输出对应的诊断结果。比例伺服阀故障模拟试验台验证了所提算法与诊断方法的有效性,提出的方法在测试集上取得了100%的准确率,且通道注意力机制和胶囊网络的加入使模型的诊断效果得到了不同程度的提升。

关键词：注意力机制卷积神经网络胶囊网络比例伺服阀故障诊断

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基于能量控制的机器人关节同步优化控制研究

组合机床与自动化加工技术 2024年第6期 126-130页

作者：顾维锴李朝阳陈兵奎重庆大学机械与运载工程学院重庆400044

针对移动机器人在高性能输出和长时间续航等方面的综合工作性能需求,提出一种针对机器人关节的多性能同步优化端口受控哈密顿能量控制方法。首先,建立机器人关节的数学模型和哈密顿能量控制模型,并推导出能方便采用模型代理优化算法的... 详细信息

针对移动机器人在高性能输出和长时间续航等方面的综合工作性能需求,提出一种针对机器人关节的多性能同步优化端口受控哈密顿能量控制方法。首先,建立机器人关节的数学模型和哈密顿能量控制模型,并推导出能方便采用模型代理优化算法的关节靶向能量传输系统模型;其次,搭建能量闭环控制器,与磁场矢量控制结合完成机器人关节的控制闭环,并设计了多性能同步优化控制策略使得机器人关节在保证运行输出能力的同时获得最长的续航能力。MATLAB/Simulink仿真结果表明,多性能同步优化端口受控哈密顿能量控制器使机器人关节拥有较好的输出稳定性,同步优化控制策略在与其他控制策略的输出能力和续航能力等多指标的综合对比分析中展现了优势。

关键词：机器人关节电机控制端口受控哈密顿代理优化模型

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基于改进遗传算法的多AGV两阶段调度方法

兵器装备工程学报 2024年第S1期45卷 333-339页

作者：周康渠潘远航熊维清重庆理工大学机械工程学院重庆401320

为了提高多AGV无碰撞路径规划方案的有效性及运算效率,提出一种基于改进遗传算法的两阶段调度方法。采用蚁群算法得到的精英种群作为遗传算法的初始种群,提升算法精度和效率,将改进的遗传算法与时间窗模型结合,提前预判多AGV路径上节点... 详细信息

为了提高多AGV无碰撞路径规划方案的有效性及运算效率,提出一种基于改进遗传算法的两阶段调度方法。采用蚁群算法得到的精英种群作为遗传算法的初始种群,提升算法精度和效率,将改进的遗传算法与时间窗模型结合,提前预判多AGV路径上节点占用情况,根据生产任务需求和AGV优先级,对冲突做出快速反应,有效避免多AGV运行时的碰撞冲突。将研究结果应用到J公司电驱动系统装配车间多AGV线边物流运输,论文所提两阶段调度方法有效、模型运算效率显著提高。

关键词： AGV 两阶段调度路径规划改进遗传算法时间窗模型