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绳索驱动航天员下肢训练机器人柔顺性控制策略

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哈尔滨工程大学学报 2025年

作者：王砚麟安宗文黄华王克义李竞航王燕卓兰州理工大学机电工程学院哈尔滨工程大学机电工程学院

为满足不同航天员的不同训练任务对人机交互柔顺性的个性化需求，本文设计了模块化绳索驱动航天员下肢训练机器人，建立了机器人的系统运动学和动力学模型，并设计了一种具有系统安全评价与监督的模糊滑模变导纳柔顺协调控制策略以实现... 详细信息

为满足不同航天员的不同训练任务对人机交互柔顺性的个性化需求，本文设计了模块化绳索驱动航天员下肢训练机器人，建立了机器人的系统运动学和动力学模型，并设计了一种具有系统安全评价与监督的模糊滑模变导纳柔顺协调控制策略以实现辅助训练对象开展运动训练。利用UG/ADAMS/MATLAB软件建立了机器人系统的联合虚拟仿真实验平台，对控制策略进行了验证，仿真实验结果表明设计的控制策略可以满足不同训练任务的柔顺性和训练强度的个性化需求。将其控制策略应用到绳索驱动航天员下肢训练机器人系统中，可以实现由被动训练模式向具有不同训练强度的主动训练模式自动切换，保证训练过程中的安全性和舒适性。

关键词：机器人绳索驱动航天员训练人机共融柔顺性控制滑模控制导纳控制控制策略

基于铣削力-工件振动-主轴振动特征融合的表面粗糙度预测

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计算机集成制造系统 2025年

作者：靳岚李锦祥韩珺熠叶明智兰州理工大学机电工程学院

TC4钛合金应用广泛，优良的表面粗糙度能给予TC4钛合金更悠长的使用寿命，精准地预测表面粗糙度可以进一步提高TC4钛合金对疲劳断裂、应力集中等失效形式的抗性。就切削三要素与表面粗糙度的离线关系，及铣削过程中繁冗影响因素难以考... 详细信息

TC4钛合金应用广泛，优良的表面粗糙度能给予TC4钛合金更悠长的使用寿命，精准地预测表面粗糙度可以进一步提高TC4钛合金对疲劳断裂、应力集中等失效形式的抗性。就切削三要素与表面粗糙度的离线关系，及铣削过程中繁冗影响因素难以考虑周全造成的表面粗糙度预测模型结构简单、预测结果不稳定等问题，基于皮尔逊相关性理论和灰色关联度理论，提出了一种以切削三要素为基底、铣削力-工件振动-主轴振动融合特征为主要输入数据集，具有在线功能的长短期记忆模型-误差反向传播神经网络（LSTM-BPNN）表面粗糙度预测模型。经实验验证，相比以切削三要素结合任一融合特征为输入数据集的预测模型，预测精度分别提升了1.62%、3.21%、3.29%，相比仅以切削三要素为输入数据集的预测模型，预测精度提高了10.87%，为表面粗糙度智能在线预测提供了理论依据。

关键词：铣削力-工件振动-主轴振动特征融合 LSTM-BPNN 表面粗糙度预测

超启发蚁群优化算法求解带柔性时间窗的绿色两级多周期车辆路径问题

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控制与决策 2025年第3期40卷 745-754页

作者：郭宁钱斌申秋义那靖胡蓉耿言昆明理工大学信息工程与自动化学院昆明理工大学云南省高校工业智能与系统重点实验室昆明理工大学机电工程学院

针对带柔性时间窗的绿色两级多周期车辆路径问题(G2E-MPVRPFTW),建立同时以最小化碳排放量和最大化客户满意度为目标的数学模型,提出一种结合K-means带时间窗聚类(KCTW)的超启发蚁群优化算法(HHACOA)进行求解.首先,根据G2E-MPVRPFTW大... 详细信息

针对带柔性时间窗的绿色两级多周期车辆路径问题(G2E-MPVRPFTW),建立同时以最小化碳排放量和最大化客户满意度为目标的数学模型,提出一种结合K-means带时间窗聚类(KCTW)的超启发蚁群优化算法(HHACOA)进行求解.首先,根据G2E-MPVRPFTW大规模、多约束、强耦合的复杂特性,采用KCTW将该问题分解为多个子问题,以降低问题的求解复杂度;其次,使用HHACOA求解分解后的各子问题,并将这些子问题的解合并获得原问题G2E-MPVRPFTW的解. HHACOA在高层策略域生成9种邻域操作的不同排列,采用蚁群优化算法(ACOA)对优质排列信息进行学习,并基于重构的转移概率矩阵生成新的排列,以有效引导搜索到达优质解集中的区域; HHACOA在低层问题域利用启发式规则和随机方法生成初始种群,并将高层产生的每个排列作为一种算法,作用于种群中的每个个体,以实现在解空间更多不同区域进行搜索.

关键词：两级车辆路径问题多周期绿色柔性时间窗多目标优化超启发蚁群优化算法

Zr-4合金电火花加工后的微观组织及性能研究

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工具技术 2025年第02期 23-29页

作者：孙学文杨珅李一全许金凯长春理工大学跨尺度微纳制造教育部重点实验室长春理工大学机电工程学院

Zr-4合金具有较小的热中子吸收截面、优良的耐高温高压水侧腐蚀性能以及较好的高温强度等特点，被广泛用作轻水堆燃料元件包壳材料。但因实际工况恶劣，锆合金构件会被高温高压水蒸气腐蚀造成使用寿命降低，极大制约了核能的发展。本文... 详细信息

Zr-4合金具有较小的热中子吸收截面、优良的耐高温高压水侧腐蚀性能以及较好的高温强度等特点，被广泛用作轻水堆燃料元件包壳材料。但因实际工况恶劣，锆合金构件会被高温高压水蒸气腐蚀造成使用寿命降低，极大制约了核能的发展。本文对核用Zr-4合金电火花加工后的微观组织及性能进行研究，分析电火花加工对材料表面结构与性能的影响。对于加工缺陷，采用多次修整的方法来消除其对Zr-4合金的影响。针对不同切削次数的工件表面进行微观组织观测、物相分析及性能检测，评价不同样品在模拟实际工况环境中的工作性能。结果表明，电火花的多次修整可以明显提高样品表面光洁度与平整度，修整七次后的样品表面显微硬度较基体上升63.7%,同时在过热蒸气环境中腐蚀30天氧化膜平均增厚较原始样品降低36.2%,样品表现出良好的力学性能与耐腐蚀性能。

关键词： Zr-4合金电火花线切割微观结构耐腐蚀性能表面质量

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仿生鲨鱼皮表面的快速制备和减阻性能研究

表面技术 2025年第5期54卷 72-82页

作者：徐成宇王永华焦远东于化东弯艳玲张倩长春理工大学重庆研究院重庆404100 长春理工大学机电工程学院长春130000 跨尺度微纳制造教育部重点实验室长春130000

目的探究在铝合金表面制备仿生鲨鱼皮盾鳞结构的方法,检验采用复合加工方法制备的鲨鱼皮盾鳞结构在水下的减阻性能,为构建仿生表面提供一种新的思路。方法采用激光与电火花线切割复合加工的方法,分2步构建仿生盾鳞结构。第一步,将基体... 详细信息

目的探究在铝合金表面制备仿生鲨鱼皮盾鳞结构的方法,检验采用复合加工方法制备的鲨鱼皮盾鳞结构在水下的减阻性能,为构建仿生表面提供一种新的思路。方法采用激光与电火花线切割复合加工的方法,分2步构建仿生盾鳞结构。第一步,将基体表面与线切割机床的钼丝呈45°夹角接触,仿制盾鳞的轮廓绘制切割路径,设置每个盾鳞的间距为0.65mm、高度为0.4mm。第一次切割完成后,将工件旋转90°,继续按照相同的方式切割,至此仿生鲨鱼皮盾鳞一级结构制备完成。第二步,使用纳秒激光打标机在一级结构表面刻蚀微沟槽形貌,设置激光扫描路径间距为0.08mm、激光功率为12W、扫描速度为100mm/s,激光加工完成后,仿生鲨鱼皮盾鳞二级结构制备完成。减阻试验部分基于流动滑移理论,在COMSOL中对阵列的结构模拟计算,对比了光滑表面、一级盾鳞结构表面与仿生盾鳞的二级结构表面,分别观测其壁面切应力、表面黏性应力以及速度流线。结果盾鳞倾斜角度为13°、盾鳞表面沟槽间距为0.17mm、沟槽深度为0.08mm时的壁面切应力最小。一级盾鳞结构表面与二级仿生盾鳞结构表面在速度流线图中均显示一定的减阻性能,二者之间的差异在于后者的流线更加稳定。在减阻试验中,盾鳞倾斜角度16°、盾鳞沟槽间距0.17mm、沟槽深度0.08 mm,减阻率可达35%左右。结论通过激光与线切割复合加工方法制备的仿生鲨鱼皮盾鳞结构表面具有优异的水下减阻性能。加工出合适的盾鳞倾斜角度、沟槽间距与沟槽深度能够有效提高仿生表面的减阻性能。

关键词：仿生鲨鱼皮激光加工线切割铝合金数值模拟

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宽波段红外双层狭缝金属线栅偏振阵列设计

光学学报 2025年第03期 15-29页

作者：史浩东韩鹏龚晨杰王祺孙洪宇吴雨芳王超王稼禹李英超长春理工大学吉林省空间光电技术重点实验室长春理工大学光电工程学院

针对宽波段红外实时偏振成像需求，提出一种宽波段红外双层狭缝金属线栅分焦平面偏振阵列结构构型。构建了双层狭缝金属线栅仿真模型，分析了6种非金属、3种金属材料组合和亚波长金属线栅结构参数对透过率、消光比的影响。基于等效介质... 详细信息

针对宽波段红外实时偏振成像需求，提出一种宽波段红外双层狭缝金属线栅分焦平面偏振阵列结构构型。构建了双层狭缝金属线栅仿真模型，分析了6种非金属、3种金属材料组合和亚波长金属线栅结构参数对透过率、消光比的影响。基于等效介质理论和时域有限差分法优化金属线栅参数，分析不同入射角度对双层狭缝金属线栅偏振性能的影响，设计并优化十字结构金属铝隔离带的宽度及高度，有效抑制了像元之间的偏振串扰。仿真分析微偏振阵列整体结构在宽波段范围内的偏振调制性能。仿真结果表明：以三氧化二铝为基底、金属铝为栅脊、氮化硅为介质材料进行组合，设置金属线栅周期为140 nm，栅脊高度为120 nm，十字金属隔离带的宽度为40 nm，在3～12μm波段范围内，双层狭缝金属线栅的透过率在75%～95%之间，消光比最大为88 dB，比传统金属线栅的消光比约高43%。设计的微偏振阵列适配640×512分辨率、17μm像元尺寸的宽波段非制冷红外焦平面阵列探测器。本研究对宽波段、高消光比、高透过率的金属线栅偏振阵列的设计具有借鉴意义，可为新一代红外成像器件的研发提供理论基础。

关键词：宽波段红外偏振成像微偏振阵列亚波长金属线栅光学串扰

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基于优化麻雀算法的轮对平面度检测方法研究

激光与光电子学进展 2025年

作者：张爽王伯澳祝国凯张炜孙冬宇刘伟长春工程学院机电工程学院长春工业大学机电工程学院

随着高铁技术的快速发展，轮对的检修与维护在确保列车安全与稳定运行中发挥着关键作用。在这一过程中，高铁轮对的平面度检测是至关重要的一环。本文提出了一种基于优化随机采样一致性算法（RANSAC）的点云平面拟合新方法，旨在提升高... 详细信息

随着高铁技术的快速发展，轮对的检修与维护在确保列车安全与稳定运行中发挥着关键作用。在这一过程中，高铁轮对的平面度检测是至关重要的一环。本文提出了一种基于优化随机采样一致性算法（RANSAC）的点云平面拟合新方法，旨在提升高铁轮对内侧面的平面度检测精度。本文对RANSAC算法进行了优化，采用了改进后的麻雀优化算法（SSA），结合自适应惯性权重调整、位置更新、变异操作和动态随机性减少等策略，以增强平面拟合的鲁棒性与准确性。通过在点云数据中引入不同噪声比例，并与传统平面拟合方法进行比较，实验结果显示，本文算法在50%噪声点的轮对内侧面的平面拟合中，相较于RANSAC和SSA-RANSAC算法，平面度检测精度分别提高了93.97%和57.58%，标准差降低了4.55%和28.81%。这些实验表明，优化后的RANSAC算法能够显著提高拟合精度，为高铁轮对的平面度检测提供了一种新的可靠方法。

关键词：平面拟合随机采样一致性算法麻雀优化算法平面度检测

主干信息共享与多感受野特征自适应融合的作物叶片等级和病害识别方法

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农业机械学报 2025年第1期56卷 377-387页

作者：罗洋何自芬张印辉陈光晨红塔烟草(集团)有限责任公司昭通卷烟厂昆明理工大学机电工程学院

作物叶片等级和病害的快速准确识别对开发农业智能设备以促进农产品精细化管理有着重要意义。针对作物叶片等级和病害识别准确率低、成本高等问题，提出主干信息共享与多感受野特征自适应融合的作物叶片等级和病害识别算法(Crop leaf gr... 详细信息

作物叶片等级和病害的快速准确识别对开发农业智能设备以促进农产品精细化管理有着重要意义。针对作物叶片等级和病害识别准确率低、成本高等问题，提出主干信息共享与多感受野特征自适应融合的作物叶片等级和病害识别算法(Crop leaf grade and disease recognition network, CLGDRNet)。首先，CLGDRNet采用CSPNet、GhostNet、ShuffleNet构建特征提取主干网络，同时将CSPNet、GhostNet、ShuffleNet所提取的特征信息进行共享以达到信息互补的目的；其次，设计多感受野特征自适应融合模块(Multi-receptive field feature adaptive fusion module, MRFA),将不同感受野特征图进行自适应加权融合，在增强模型局部感受野的同时突出有效通道信息；最后，提出一种深层梯度跨空间学习高效多尺度注意力模块(Efficient multi-scale attention mechanism with deep gradient cross-space learning, EMAD),将EMAD嵌入模型的颈部以获取深层梯度信息和目标坐标信息并跨空间融合不同尺度的上下文信息，使模型能够对深层特征图产生更精确的像素级关注。实验结果表明，CLGDRNet在初烤烟叶分级数据集(Tobacco leaf grading dataset, TLGD)上识别精度mAP@0.5和mAP@0.5:0.95分别达到85.0%、76.1%,在苹果叶病害数据集(Apple leaf disease dataset, ALDD)上识别精度mAP@0.5和mAP@0.5:0.95分别达到97.6%、74.2%。相较于多种先进目标检测算法，CLGDRNet具有更高的识别精度，可为高精度作物叶片等级和病害识别提供关键技术支撑。

关键词：作物叶片等级作物叶片病害目标检测信息共享多感受野特征融合

低公差敏感度的大变倍比极短总长中波红外变焦光学系统设计

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中国光学(中英文) 2025年第1期18卷 70-77页

作者：李雨哲胡源霍家琦张又予高天元长春理工大学光电工程学院光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室吉林长春130022

目前中波红外变焦系统在大变倍比,长焦距变焦条件下,难以在极短总长的条件下具备较低敏感度。针对这一问题,本文通过合理分配非球面和衍射面,采用独立组元低敏感度设计方法,设计出一套无需折叠光路,总长仅有337 mm的低敏感度中波红外变... 详细信息

目前中波红外变焦系统在大变倍比,长焦距变焦条件下,难以在极短总长的条件下具备较低敏感度。针对这一问题,本文通过合理分配非球面和衍射面,采用独立组元低敏感度设计方法,设计出一套无需折叠光路,总长仅有337 mm的低敏感度中波红外变焦光学系统。通过降低各个组元的像差从而降低系统公差敏感度。该系统具有30倍大变倍比,可实现30~900 mm的长焦距连续变焦。该系统具有变倍比大、长焦距变焦、极短总长以及低敏感度并且全焦距范围内像质良好等优点,在狭小空间目标识别、跟踪、探测等方面,具有较大的应用优势。

关键词：红外系统长焦距变焦大变倍比极短总长低敏感度